Guida all uso dei fusibili in bassa tensione - seconda parte -

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1 Guida all uso dei fusibili i bassa tesioe - secoda parte - Pubblicato il: 6/04/006 Aggiorato al: 6/04/006 di Gialuigi Saveri Nella protezioe cotro il sovraccarico i criteri geerali da seguire el coordiameto tra dispositivo di protezioe e coduttura soo foriti dalla orma CE 64-8 che richiede il rispetto di alcue codizioi 1. Protezioe dei coduttori Nella protezioe cotro il sovraccarico i criteri geerali da seguire el coordiameto tra dispositivo di protezioe e coduttura soo foriti dalla orma CE 64-8 che richiede il rispetto delle segueti codizioi: Dove: b z (1.1) f 1, z (1.) 45 b, correte di impiego del circuito; z, portata del cavo ; f, correte covezioale di sicuro iterveto;, correte omiale del dispositivo di protezioe. Se si utilizzao fusibili di tipo gg, rispettata la prima codizioe, è possibile evitare la verifica di protezioe da cortocircuito perché si cosiderao sempre adeguati il potere di iterruzioe e le caratteristiche di limitazioe dell eergia specifica passate. l discorso cambia per quato riguarda il rispetto della secoda codizioe relativa alla protezioe da sovraccarico perché i fusibili presetao ua correte covezioale di sicuro iterveto cosiderevolmete maggiore di 1,45. Secodo le orme CE 3-1 (tab. 1), ad esempio, la f di u fusibile gg co correte omiale maggiore di 16 A, correte covezioale di sicuro iterveto della protezioe, è legata alla correte omiale per mezzo di u coefficiete k che vale: k = f = 1,6 Da cui: = 1, 6 f Cosiderado le due codizioi stabilite dalla 64-8 sostituedo f ella 1. si ottiee: 1,45 1,6 1,45 z ; z ; 0, 9 1,6 La protezioe da sovraccarico mediate fusibile è soddisfatta scegliedo u fusibile avete correte omiale o superiore a 0,9 volte la portata z della coduttura e o iferiore alla correte di impiego b : z 1

2 0, 9 b Come si può otare, o potedo impiegare il cavo alla sua massima portata, l uso dei fusibili comporta ua sotto utilizzazioe del rame rispetto agli iterruttori automatici per i quali il rapporto tra la correte covezioale di sicuro iterveto f e la correte omiale vale rispettivamete 1,45 per quelli ad uso domestico e 1,5 per quelli ad uso idustriale. Se, rispetto all uso dell iterruttore automatico, qualche svataggio ell impiego del fusibile lo si evidezia ella protezioe dal sovraccarico, le caratteristiche del fusibile soo ivece be valorizzate ella protezioe cotro i cortocircuiti. l fusibile possiede, ifatti, sia u elevato potere di iterruzioe sia ottime caratteristiche di limitazioe che cosetoo di riduce otevolmete le sollecitazioi termiche ed elettrodiamiche cui è soggetto l impiato a valle, permettedo quidi il dimesioameto dei compoeti per correti di cortocircuito iferiori a quelle teoriche. La orma CE 64-8 stabilisce che ei cofroti del cortocircuito la sezioe miima di ua coduttura deve essere calcolata i base alla seguete formula: z S t K = (1.3) dove t è l eergia specifica lasciata passare dal dispositivo di protezioe e K u coefficiete che dipede dal materiale coduttore e dal materiale isolate. Alcui esempi di sezioi miime di cavi i PVC (K=115) dimesioati i portata e al cortocircuito i fuzioe dell t massimo stabilito dalla orma CE 3-1 soo idicati ella seguete tabella. Tab. 4 - Esempi di sezioi miime di cavi i PVC dimesioati al cortocircuito cofrotati co sezioi di cavi dimesioati i portata Correte di impiego Sezioi del cavo dimesioate i portata Fusibile Sezioi del cavo dimesioate al cortocircuito 3 b ( A) z ( A) S ( mm ) (A) t max ( A s 10 ) ,8 3,0 5, S = t ( mm K 0,36 0,47 0,61 3,5 5,49 ) Le sezioi che si ottegoo evideziao che qualuque sia la correte teorica di cortocircuito o è mai ecessario, per soddisfare il dimesioameto al cortocircuito, aumetare la sezioe rispetto a quella già calcolata i fuzioe della correte di impiego del circuito. Questo potrebbe o essere possibile i alcui casi impiegado dispositivi di protezioe o limitatori i preseza di elevate correti di cortocircuito presute.

3 . Protezioe dei motori fusibili comuemete usati per la protezioe dei motori e degli avviatori (cotattore e relè di sovraccarico) soo il tipo gg per usi geerali o, più spesso, ode evitare iterveti iopportui durate la fase di avviameto del motore, il tipo am (fig.1). Fig. 1 - Esempi di caratteristica di iterveto di fusibili gg e am - a) - fusibili gg - b) - fusibili am l tipo am o deve iterveire per correti iferiori a 4 e deve essere i grado di sopportare correti fio a 8 per almeo 0,5 s e correti pari a 10 per almeo 0, s (tab. 5). No proteggoo cotro le sovracorreti iferiori a 6,3 e per questo devoo essere sempre essere utilizzati i combiazioe co i relè termici. Tab. 5 Porte per cartucce tipo am secodo Norma CE , ,5 19 t fuzioameto s ,5s 0,10s t prearco 60s --- 0,5s 0,s fusibili gg per usi geerali devoo essere scelti co correti omiali i grado di sosteere la correte di sputo del motore (la correte omiale del fusibile può quidi essere scelta più elevata rispetto alla correte omiale del motore) che ormalmete può variare, a secoda del metodo e della gravosità dell avviameto utilizzato, da 5 a 8 volte la correte omiale per gli avviameti diretti e da 3 a 4 volte la correte omiale co u avviameto stella/triagolo. geerale il coordiameto tra fusibile e avviatore (fig. 13) dovrà assicurare u adeguata protezioe cotro la correte di cortocircuito (per evitare il daeggiameto del cotattore e degli altri compoeti) e la selettività di iterveto tra la protezioe di sovraccarico dell avviatore e il fusibile (per impedire l'apertura idesiderata del circuito di alimetazioe del motore). Utilizzado fusibili di tipo am, oltre quato idicato per i fusibili di tipo gg, occorre verificare ache 3

4 che la caratteristica di sovraccarico del fusibile sia situata al di sopra della caratteristica di iterveto del relè di sovraccarico. La Norma CE forisce idicazioi su come effettuare le prove per il coordiameto tra il dispositivo di protezioe cotro il cortocircuito e l avviatore. l dispositivo di protezioe cotro il cortocircuito o deve iterveire per correti di prova fio a 0,75 c (valore di correte, corrispodete alla correte di itersezioe c, idividuata el puto di itersezioe tra la caratteristica di iterveto del fusibile e del relè di sovraccarico) metre deve Fig. 13 Esempio di coordiameto relè termico e fusibile iterveire il relè di sovraccarico per comadare l apertura dell avviatore prima che le apparecchiature possao subire dai. Ua successiva prova a 1,5 c deve ivece provocare l iterveto del dispositivo di protezioe cotro il cortocircuito prima dell avviatore. defiitiva, per assicurare ua corretta protezioe delle apparecchiature implicate el coordiameto (Fig. 14) si deve verificare che: che il fusibile sia istallato a mote dell avviatore e che possieda u potere d iterruzioe o iferiore alla correte presuta di cortocircuito; che la curva di iterveto del fusibile sia posizioata a siistra della curva di daeggiameto termico del relè termico; che il potere di iterruzioe del cotattore sia maggiore del valore di correte idividuato el puto di itersezioe tra la caratteristica di iterveto del fusibile e quella dell avviatore corrispodete alla correte di itersezioe c; Fig Coordiameto tra fusibile e avviatore che il fusibile o itervega prima del relè termico per le evetuali correti di sovraccarico del motore e che sia i grado di tollerare più volte valori di correti di sputo o superiori 0,75c; che l' eergia specifica lasciata passare quado si maifesta u cortocircuito o superi i valori che possoo sopportare l avviatore/cotattore e i compoeti del circuito; che la correte di picco limitata o superi il valore massimo sopportabile dall avviatore/cotattore e dai compoeti del circuito; 4

5 Queste verifiche potrebbero però o essere acora sufficieti a garatire u adeguato coordiameto al quale si può ivece perveire dopo opportue prove messe i atto dal costruttore. pratica, ei ormali avviameti, le correti di sputo dopo 4s o superao 5 volte la correte omiale e quidi la correte di itersezioe può essere fissata i circa 6,5 metre egli avviameti più gravosi, dove si possoo maifestare dopo 4s correti di sputo di circa 7,5 la correte omiale, la correte di itersezioe può essere elevata a 10 (fig. 15). Fig. 15 Esempio di coordiameto fusibile/relè termico per la protezioe di u motore asicroo trifase 5

6 3. Protezioe dei semicoduttori U altro tipo di fusibili di uso frequete è il tipo gr utilizzato per la protezioe dei semicoduttori. Si distiguoo dagli altri perché per questo tipo soo stati presi dei provvedimeti atti a ridurre i tempi di prearco e coseguetemete a limitare la correte di picco p e l eergia specifica t passate. figura 16 si possoo vedere cofrotate le caratteristiche tempo-correte e le caratteristiche di limitazioe di u fusibile gg e gr. Per correti dell ordie delle 1,5- i tempi di iterveto delle due categorie soo pressoché idetici metre co l aumetare della correte il tempo di iterveto del gr dimiuisce drasticamete. A 5-6 il fusibile gg iterviee i tempi ell ordie dei secodi metre il tipo gr i circa u cetesimo di secodo. Fig Cofroto fra le caratteristiche di iterveto di fusibili gg e gr 6

7 4. Selettività dispositivi di protezioe cotro le sovracorreti collegati fra loro i cascata devoo, per quato possibile, garatire la selettività di iterveto. Due o più dispostivi soo selettivi quado, al maifestarsi di ua sovracorrete, iterviee soltato il dispositivo istallato a protezioe del circuito i cui ha sede il guasto e o gli iterruttori istallati a mote. altre parole solo il circuito iteressato dalla sovracorrete deve essere iterrotto metre gli altri devoo cotiuare ad essere alimetati. La selettività può essere parziale, se è garatita fio ad u determiato valore di sovracorrete, oppure può essere totale se è verificata per tutti i valori di sovracorrete fio al limite del potere di iterruzioe del dispositivo posto a mote. La selettività totale presuppoe che le caratteristiche di iterveto dei dispositivi iteressati, co scala omogeea e cofrotate su u uico diagramma, o si icrocio o comuque o etrio i cotatto i essu puto del diagramma. l coordiameto selettivo tra fusibili può essere codotto cofrotado le caratteristiche tempo-correte, per tempi di fuzioameto superiori o uguali a 0,1 s, e i valori di t di prearco e di fuzioameto, tempi per di fuzioameto iferiori a 0,1 s. Co riferimeto alla figura 17, per tempi di fuzioameto superiori o uguali a 0,1 s, il fusibile F è selettivo rispetto al fusibile F3 se il Fig.17 Coordiameto della selettività tra fusibili tempo massimo di fuzioameto o la caratteristica di iterveto del fusibile F3 soo iferiori, per ciascu valore della correte, al tempo miimo di pre-arco del fusibile F. Per tempi di fuzioameto iferiori a 0,1 s, il valore massimo di t di fuzioameto del fusibile F3 deve essere iferiore al miimo valore di t di prearco del fusibile F. La selettività totale tra i fusibili F e F3 può essere otteuta se le due codizioi, verificate esamiado le caratteristiche tempo-correte e i valori di t foriti dal costruttore, soo ambedue soddisfatte. Secodo la orma EC , per fusibili dello stesso tipo, ad esempio gg, la selettività è garatita quado il rapporto fra le correti omiali di due fusibili i serie è almeo uguale a 1,6. Lo scopo può essere facilmete raggiuto saltado ua gradezza ella serie uificata tra u fusibile e quello che segue. l coordiameto selettivo fra iterruttori automatici e fusibili può essere effettuato cofrotado le curve caratteristiche di iterveto dei due dispositivi oppure le curve dell iquadratoti. Se i fusibili soo istallati a valle dell iterruttore la selettività è garatita quado la caratteristica del fusibile per il tempo di iterveto di 0,1 s è iferiore alla correte miima di iterveto magetico e se o icrocia la caratteristica di iterveto termico dell iterruttore. Quado il fusibile è a mote dell iterruttore si ottiee geeralmete ua selettività di tipo parziale. E possibile effettuare il coordiameto i base all eergia specifica passate verificado che l eergia miima di prearco del fusibile sia maggiore del più grade valore di t lasciato passare dall iterruttore. 7

8 5. Protezioe cotro i cotatti idiretti l fusibile può essere utilmete impiegato ache per la protezioe cotro il cotatti elettrici mediate iterruzioe automatica dell'alimetazioe. l coordiameto per la sicurezza delle persoe prevede che i caso di guasto (cedimeto dell isolameto) tra ua parte attiva e ua parte coduttrice accessibile, el circuito o ell'apparecchiatura, ua evetuale tesioe di cotatto superiore a 50 V i correte alterata (5 V i caso di ambieti a maggior rischio elettrico) debba essere iterrotta i tempi sufficietemete brevi da o provocare effetti daosi per le persoe. Per determiare le codizioi di iterruzioe dell alimetazioe co i fusibili si deve cooscere la caratteristica tempo-correte (fig. 18) dalla quale si ricava, i relazioe alle caratteristiche dell impiato di distribuzioe e dell ambiete di istallazioe, la correte a che provoca il fuzioameto della cartuccia ei tempi stabiliti. relazioe al tipo di distribuzioe i bassa tesioe TN, TT o T, co riferimeto alla fig. 19, le codizioi da rispettare soo le segueti. Sistema TT - U guasto tra ua parte attiva e ua massa determia la circolazioe verso terra di ua correte di guasto che coivolge sia l impiato di terra dell utete sia quello dell ete distributore. u sistema TT, 30/400 V la protezioe dai cotatti idiretti si realizza iterrompedo automaticamete l alimetazioe i u tempo o superiore a 5 s e verificado la seguete codizioe: R A 50 a Fig. 18 Esempio di caratteristica di iterveto di u fusibile per la determiazioe della correte a che provoca il fuzioameto della cartuccia ei tempi stabiliti dalle orme a garatire la protezioe cotro i cotatti idiretti mediate iterruzioe automatica dell alimetazioe dove : RA è la resisteza totale di terra; a è la correte i ampere che determia l iterveto del fusibile i u tempo massimo di 5s (idividuabile ell esempio di fig. 18 i corrispodeza di 4) Sistema TN Soo sistemi alimetati i M.T. e richiedoo quidi u propria cabia di trasformazioe. L impiato di terra è uico sia per le masse sia per il eutro e la protezioe cotro i cotatti idiretti deve teer coto sia dei guasti che si maifestao i B.T sia i M.T. Per quato riguarda la B.T., i u sistema TN, 30/400 V, occorre riferirsi alla Tab. 41A (EC ) dalla quale per U0=30 V è possibile determiare il tempo ecessario per l'iterruzioe automatica che deve essere i geerale, per gli ambieti ordiari, iferiore a 0,4 s (7 ell esempio di fig tempi fio a 5s soo ammessi, i alcui casi, a particolari codizioi). Per garatire la protezioe co fusibili è richiesto che sia soddisfatta i ogi puto del circuito la seguete codizioe: Z S U 0 a dove: 8

9 Zs è l'impedeza totale i ohm dell aello di guasto compredete la sorgete, il coduttore di fase e quello di protezioe tra il puto di guasto e la sorgete; a è la correte che provoca il fuzioameto del fusibile el tempo riportato ella Tab. 41A, i fuzioe della tesioe omiale U0 e comuque, a particolari codizioi, i u tempo covezioale o superiore a 5 s; U0 è la tesioe omiale verso terra. Sistema T sistemi T, 30/400 V, soo a eutro isolato o co coessioe a terra tramite impedeza e soo caratterizzati dal fatto che o ammettoo, i caso di guasto a terra, l iterruzioe del servizio. questi sistemi u primo guasto a terra o da luogo a valori di tesioe pericolosi metre u secodo guasto deve essere iterrotto ei tempi stabiliti. Possoo essere co eutro distribuito o o distribuito. u sistema T co eutro distribuito ci si riferisce alla Tab. 41B (EC dalla quale si evice che per U 0 = 30 V il tempo massimo di iterruzioe automatica o deve essere superiore a 0,8 s. Dalla fig. 18 la correte a per u tempo di 0,8s risulta essere pari a 6. L'impedeza dell aello di guasto che soddisfa le codizioi di sicurezza può essere ricavata co la seguete formula: Z S U 0 a u sistema T co eutro o distribuito il calcolo per il secodo guasto, sempre co riferimeto alla Tab. 41B (EC ) per U 0 = 30 V, il tempo di iterruzioe automatica o deve superare 0,4 s. La correte a che determia l iterveto etro questo tempo massimo ell esempio di Fig. 18 corrispode a 7. L'impedeza dell aello di guasto che soddisfa le codizioi di sicurezza può essere otteuta co la seguete formula: Z S 3U 0 a 9