Capitolo 8 (Ultimo aggiornamento ) 8.1 Introduzione

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1 Capitolo 8 (Ultimo aggiornamento ) 8.1 Introduzione I sistemi elettrici di potenza comprendono oltre ai trasformatori, generatori, motori e linee, anche altri componenti necessari al funzionamento degli stessi in condizioni normali e in caso di guasto. I principali sono: INTERRUTTORI CONTATTORI SEZIONATORI FUSIBILI 8.2 Interruttori Gli interruttori sono dei componenti reversibili di manovra e di protezione, che hanno la capacità di aprire e chiudere un circuito allontanando o avvicinando due elettrodi. Esistono interruttori unipolari, multipolari a seconda delle coppie di elettrodi che aprono e/o chiudono. Essi possono essere azionati sia manualmente (figura 8.1a) che automaticamente (figura 8.1b) da un dispositivo che interviene quando sopraggiungono condizioni anomale di funzionamento; i simboli sono riportati in figura 8.1: Fig Tecniche di interruzione Le principali tecniche impiegate nell interruzione della circolazione di correnti in un circuito, richiedono l allungamento dell arco elettrico e/o il raffreddamento del fluido dielettrico. Nel primo caso si allontana l elettrodo mobile da quello fisso, utilizzando meccanismi a scatto azionati a molle, nel secondo caso si cerca di mescolare il fluido in modo tale da favorire lo scambio termico con le pareti della camera di interruzione. Una tecnica usata spesso è quella della soffiatura che può essere assiale o trasversale (figura 8.2).

2 Fig Tipologie di interruttori di potenza La principale caratteristica cui deve soddisfare un interruttore, è l allontanamento più rapido possibile degli elettrodi in modo che, al passaggio naturale per lo zero della corrente alternata, la d.d.p. di picco tra i due elettrodi sia inferiore al campo elettrico capace di riinnescare l arco stesso. E per questa ragione che il mezzo dielettrico interposto tra gli elettrodi, deve possedere la più alta rigidità dielettrica possibile, compatibilmente con la temperatura e lo stato di ionizzazione del volume circostante Interruttore in esafloruro di zolfo (SF 6 ) Questo tipo di interruttore si basa esclusivamente sulle seguenti proprietà del gas (che costituisce il fluido dielettrico): modesta erosione degli elettrodi, proprietà refrigeranti e una marcata attitudine alla cattura degli elettroni liberi responsabili della conduzione nell arco. Fig.8.3

3 Interruttori MT a volume d olio ridotto (V.O.R.) L olio minerale è usato come fluido dielettrico e refrigerante. Fig Interruttori MT nel vuoto Nella camera di interruzione viene creato un vuoto dell ordine di 10 3 Pa, in questo caso i portatori di carica sono forniti dagli elettrodi. Fig Interruttori MT ad aria compressa Il fluido dielettrico è costituito da aria secca a pressione elevata che possiede rigidità dielettrica più elevata di quella dell aria libera(vedi figura 8.6). Questo tipo di interruttori erano utilizzati esclusivamente all aperto, nelle sottostazioni, a causa dell elevato rumore prodotto in fase di apertura da parte dell aria compressa.

4 Fig Interruttori BT in aria libera Lacameradiinterruzionenonèatenuta, quindi vi è aria libera e viene eseguita la soffiatura trasversale dell arco per via magnetica Relè Fig.8.7 Un relè è un dispositivo che permette di azionare in modo automatico interruttori e/o contattori. Esso è sensibile ad una grandezza detta di comando, che può essere una corrente o una tensione o una temperatura; quando la grandezza supera il valore di soglia, il relè modifica il suo stato determinando un azione meccanica Relè elettromagnetico Un esempio è costituito da una bobina posta attorno ad un nucleo che fa parte del circuito elettromagnetico comprendente anche un ancorina mobile trattenuta da una molla in modo da formare un traferro. L ancorina, quando la bobina è percorsa da corrente, è attratta dal nucleo, ma scatta solo quando I Is, dove Is èlacorrentedisoglia (figura 8.8).

5 Relè termico Fig.8.8 Esso sfrutta la dilatazione termica di un elemento percorso da corrente, che per effetto Joule viene riscaldato. Si considerino costanti R ed I, la temperatura dell elemento cresce nel tempo con una legge esponenziale del tipo: t a M 1 e t/t t Raggiunta la temperatura di soglia s si ha lo scatto del relè. Dalla figura 8.9 si nota come l intervento sia tanto più rapido quanto più intensa è la corrente I. Fig Interruttori automatici: interruttore magnetotermico Utilizzando sia un relè magnetico (figura 8. 8) di massima corrente che uno termico, si ottiene un interruttore magnetotermico con una caratteristica di intervento del tipo riportato in figura Fig.8.10

6 Fig.8.11 Gli interruttori magnetotermici sono caratterizzati da: un potere di interrruzione, espresso in ka (massima corrente che l interruttore è in grado di aprire) una corrente nominale In una tensione nominale Un la soglia di intervento del relè termico imposta tra In la soglia di intervento del relè magnetico che può variare da 4 10 In, ma comunque sempre inferiore alla minima corrente di corto circuito, in cui è posto l interruttore (cortocircuito distante o lontano). La I b è la corrente di impiego, cioè quella che attraversa l interruttore e che al più può coincidere con In. Un interruttore magnetotermico, ovviamente, permette di variare il valore della taratura termica e magnetica in funzione della natura del carico e delle condizioni di impiego. 8.3 Sezionatori Il sezionatore è un dispositivo reversibile di manovra, idoneo ad eseguire l apertura in assenza di corrente e la chiusura in assenza di differenza di potenziale tra gli elettrodi. Fig Tipologie di sezionatori In genere un sezionatore in MT utilizza lame a coltello che si muovono strettamente serrate in posizione di chiusura mediante delle molle.

7 Fig Sezionatori di terra E utilizzato per interrompere o stabilire la continuità tra una parte di un impianto elettrico e l impianto di terra (vedi figura 8.14). La lama di terra del sezionatore è una precauzione imposta dalle norme di sicurezza. Fig Contattori Il contattore è un dispositivo di manovra atto ad eseguire l apertura o la chiusura a carico, con correnti e tensioni non maggiori di quelle nominali. Sono impiegati soprattutto in bassa tensione e a parità di valori nominali sono molto più economici e compatti degli interruttori. Se l operazione avviene a distanza, il contattore è detto teleruttore. In figura 8.15 è riportato il suo simbolo. Fig.8.15

8 8.5 Fusibili Fig.8.16 I fusibili sono dispositivi non reveersibili per la protezione dalle sovracorrenti e/o dal corto-circuito. Essi sono costituiti da: - elementi conduttori con temperatura di fusione dipendente dalla portata - custodia esterna - un riempitivo spegni arco. In figura 8.16 è riportato il suo simbolo grafico. La caratteristica curva di intervento (tempo-intensità) di un fusibile è a tempo inverso. Tipi di fusibile Fig.8.17 I più piccoli dispongono di contenitori in vetro che consentono il controllo visivo della loro integrità (figura 8.17); quelli adatti alle correnti più elevate hanno contenitori di ceramica riempiti con polvere di quarzo per facilitare l estinzione dell arco. La quantità di calore necessaria per portare la temperatura del fusibile dal valore iniziale 0 a quello finale di fusione f è data da: W mc f 0 dovemèlamassaecilcalorespecifico. L energia prodotta per effetto Joule è pari a: W R t i 2 dt 0 per cui eguagliando le due espressioni, si ha: 0 t i 2 dt mc R f 0

9 Per arrivare alla fusione del fusibile è necessario fornire oltre all energia per arrivare alla temperatura f, anche quella per il cambiamento di stato da solido a liquido e per l evaporazione di parte dell elemento del fusibile. Si chiamano "g" i fusibili a pieno campo, cioè quelli che superata la corrente nominale, intervengono ad un tempo "t i ". Esistono poi dei fusibili (tipo "a"), quali quelli posti a protezione ad esempio dei motori, che intervengono volutamente per un campo di interruzione ridotto, per evitare fusioni intempestive durante l avviamento del motore (curva "a" di figura 8.18), in questo caso la corrente di intervento è pari a : krin con kr 1 esempio Se kr 2 e In 50A, il fusibile non interviene per I 50 A, ma interrompe solo correnti da 100 A nello stesso tempo "t i " del caso precedente. Fig.8.18: confronto tra le caratteristiche di fusibili tipo "g" e "a".