Tabelle di selettività

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1 Tabelle di selettività 89

2 R La selettività tra dispositivi di protezione Definizione di selettività e tipologie La distribuzione in un impianto elettrico viene generalmente gestita attraverso dispositivi di comando e protezione installati tra loro in serie. In una rete di distribuzione di tipo radiale può essere richiesto quindi che in caso di guasto intervenga il solo dispositivo di protezione preposto senza che intervengano quelli posti a monte. Questa necessità viene definita selettività. La selettività tra apparecchi di protezione è necessaria quando si vuole garantire, anche nelle situazioni più critiche, la massima continuità di servizio. Generalmente viene richiesta la selettività nei confronti del: - sovraccarico - cortocircuito - guasto a terra (differenziale) Per verificare che 2 dispositivi di protezione siano selettivi tra loro i costruttori mettono a disposizione tabelle e curve di intervento. La selettività può essere Totale quando l interruttore a valle interviene per tutti i valori di sovracorrente fino al limite del suo potere di interruzione o Parziale se la selettività si limita a valori di sovracorrente inferiori del suo potere di interruzione. In questo secondo caso verrà definito un limite di selettività (Is) che rappresenta il valore di corrente al di sotto del quale si avrà il solo intervento dell interruttore a valle e al di sopra del quale si avrà anche l intervento del dispositivo a monte. La norma CEI 64-8 impone che nei locali a disposizione del pubblico, per evidenti motivi di sicurezza, si debba garantire sempre la continuità di servizio realizzabile attraverso la selettività tra i dispositivi di protezione. La selettività, come previsto dalle norme CEI EN e CEI EN 60898, può essere verifi cata confrontando tra loro le diverse curve di intervento ed energia messe a disposizione dai costruttori. C D E Selettività amperometrica in sovraccarico La caratteristica di intervento per sovraccarico degli interruttori automatici è una caratteristica a tempo inverso. Per la verifica della selettività è necessario analizzare, su scala bilogaritmica (Icc/t) le curve di intervento termico degli apparecchi in esame. I punti di intersezione che si potrebbero trovare saranno i limiti di selettività. La selettività per sovraccarico è sempre garantita se il tempo di non intervento dell interruttore a monte è superiore al tempo di apertura dell interruttore a valle, per qualunque valore di corrente di sovraccarico. Scegliendo interruttori con un rapporto tra le correnti nominali pari o superiore a 2 la selettività per sovraccarico è sempre rispettata. La selettività per sovraccarico può inoltre essere migliorata se si impiegano apparecchi con le soglie di intervento termico regolabili. istantaneo istantaneo Im Is = Im minima pre solo prono e Icc (k) 90

3 La selettività tra dispositivi di protezione Selettività amperometrica in cortocircuito Per realizzare un efficace livello di selettività tra due interruttori automatici in serie è necessario sceglierli con le soglie di intervento istantaneo (magnetico) le più distanziate possibili tra loro. Il metodo migliore per poter garantire livelli di selettività elevati è quello di impiegare interruttori che consentono la regolazione delle soglie di intervento magnetico. L analisi delle curve tempo corrente degli interruttori può determinare il limite di selettività Is oltre il quale si ha l intervento istantaneo di entrambi gli apparecchi. Questo limite coincide con la soglia minima di intervento istantaneo dell interruttore. Per un buon coordinamento selettivo tra due interruttori scegliere gli stessi con soglie di intervento magnetico con un rapporto di almeno 2. La selettività totale è certa quando la corrente di cortocircuito è inferiore alla soglia di intervento magnetico dell interruttore installato a monte. Se la corrente di cortocircuito è invece superiore si può ottenere selettività solo se l energia specifica lasciata passare dall interruttore a valle non è sufficiente a provocare lo sgancio dell interruttore a monte. In questo caso le curve degli interruttori da confrontare sono quelle di energia specifica passante, considerando le tolleranze ±20% sul valore dell'intervento magnetico. Sovrapponendo la retta passante per il massimo valore di non attivazione della curva di energia specifica lasciata passare dall interruttore a valle, si può determinare il limite di selettività Is, che può essere superiore alla soglia di intervento magnetico dell interruttore a monte. Per ciascun tipo di sganciatore elettromagnetico può essere definito, mediante prove sperimentali, il massimo valore di energia di non attivazione. I 2 t ( 2 s) massimo valore di energia di non attivazione pre solo Is prono e Icc (k) 9

4 R La selettività tra dispositivi di protezione Selettività cronometrica in cortocircuito La selettività cronometrica in condizioni di cortocircuito è realizzabile impiegando interruttori predisposti ad intervenire con un ritardo intenzionale fi sso o regolabile dall utente. Condizione fondamentale affinché si possa ottenere questo tipo di selettività rimane il fatto che gli interruttori interessati siano in grado comunque di sopportare le sollecitazioni elettriche e dinamiche che si sviluppano in condizioni di cortocircuito. Gli interruttori che intervengono con un ritardo intenzionale durante un cortocircuito perdono ogni caratteristica di limitazione. Gli interruttori elettronici Megatiker, classificati di categoria (vedere definizioni), consentono di realizzare due differenti tipi di regolazione in modo di ottimizzare i coordinamenti selettivi richiesti. Il primo tipo di regolazione permette di ritardare fino a 300ms il tempo di intervento dell interruttore in modo tale che si venga a creare un gradino (vedere figura sotto) rispetto ad un interruttore di tipo tradizionale. Secondo questo tipo di regolazione l energia specifica lasciata passare dall interruttore aumenta proporzionalmente in funzione del ritardo impostato. t = 200 ms t = istantaneo Is = Istantaneo fisso pre solo prono e Icc (k) 92

5 La selettività tra dispositivi di protezione Selettività cronometrica in cortocircuito Il secondo tipo di regolazione si può effettuare mantenendo costante il valore dell'energia specifica lasciata passare dall'interruttore. In questo caso la regolazione fa sì che la curva di intervento dell'interruttore elettronico assuma un andamento come illustrato nella figura qui sotto. L'eliminazione del gomito inferiore, ottenuta dalla regolazione del tempo di intervento a I 2 t costante favorisce senza ombra di dubbio la selettività. nche in questo caso la selettività può essere valutata confrontando le rispettive curve di intervento tempo corrente degli interruttori. t = 200 ms Regolazione ad I 2 t costante Regolazione normale t = istantaneo pre solo Is = Istantaneo fisso prono e Icc (k) Selettività logica Questo tipo di selettività si può realizzare solo impiegando interruttori Megatiker elettronici collegati in cascata. Essa si realizza mediante un collegamento fisico tra gli sganciatori elettronici dell interruttore a monte e a valle. Questo tipo di selettività fa si che l interruttore interessato dal guasto, in condizioni di cortocircuito, inibisca attraverso un ritardo fisso di 50 ms l interruttore a monte impedendone quindi l apertura. In sostanza l interruttore a valle manda un segnale di attesa all interruttore a monte che non ricevendo alcun ordine non apre garantendo la selettività. I 50ms di ritardo sono il tempo massimo che gli sganciatori elettronici collegati in selettività logica hanno a disposizione per la comunicazione. Ciò significa che comunque per avere una miglior selettività è necessario impostare comunque una temporizzazione tra gli interruttori interessati. I livelli di selettività possono essere maggiori del numero di gradini di temporizzazione. 93

6 R La selettività tra dispositivi di protezione La selettività differenziale La selettività per guasto a terra si realizza impiegando interruttori differenziali. Le condizioni necessarie per garantire un livello di selettività adeguato sono: - Scegliere interruttori con corrente differenziale nominale differenti con un rapporto almeno di 3 volte (per esempio interruttore a valle da 30 m e a monte da m). - Il tempo di intervento dell interruttore a monte deve essere maggiore del tempo totale di apertura dell interruttore a valle. Si possono distinguere 2 differenti tipi di selettività differenziale: Selettività differenziale orizzontale Si realizza con interruttori differenziali che singolarmente proteggono una linea di utenze. In questo modo è assicurata la continuità di servizio, ma non la protezione a monte dei circuiti. Selettività differenziale verticale Si realizza con interruttori differenziali posti in cascata. In questo caso è garantita la massima protezione anche dei circuiti a monte dei singoli differenziali. Per ottimizzare il coordinamento selettivo nel presente caso è necessario impiegare differenziali con soglie di intervento distanti tra loro (almeno rapporto 3) o apparecchi di tipo selettivi o ritardati. Esempio di selettività orizzontale id id I n = 0,03 I n = 0,03 Esempio di selettività verticale La norma CEI 64-8/5 prescrive che per assicurare la selettività tra due dispositivi differenziali devono essere soddisfatte entrambe le condizioni descritte sopra. id I n = t = s I n = 0,3 t = 0,6s (tipo S) id I n = 0,03 non ritardato id 94

7 Studio di un coordinamento Coordinamento tra dispositivi di protezione L'esempio di coordinamento riportato di seguito è stato impostato in modo da risultare il più semplice possibile per capire cosa bisogna fare nel caso in cui è richiesta la selettività tra dispositivi di protezione. L'esempio deve essere considerato quindi didattico alla comprensione dei problemi legati al coordinamento selettivo. Ipotizziamo di avere un circuito elettrico trifase come quello raffigurato, costituito da un trasformatore da 800kV, le cui caratteristiche portano ad avere ai morsetti dell interruttore di macchina () una corrente di cortocircuito trifase di 8,7k. Supponendo di avere nei vari punti del circuito indicati le correnti di cortocircuito trifase riportate in figura si possono scegliere gli apparecchi, la cui corrente nominale sia quella indicata nello schema. Si pone come obiettivo quello di ottenere un coordinamento selettivo totale (tutto questo indipendentemente da considerazioni che portino a valutare la protezione contro i contatti indiretti, oggetto di altra trattazione). Per la corretta valutazione grafica del coordinamento è necessario sovrapporre le diverse curve di intervento degli interruttori, utilizzando dei grafici in scala bilogaritmica in cui i tempi di intervento sono espressi in secondi e la corrente in mpere. 800 kv 8,7 k 2 8 k 3 4 k 4 k 5 7 k Descrizione linea Fasi della linea L L2 L3 N L L2 L3 N L L2 L3 N L L2 L3 N L L2 L3 N Corrente di impiego Ib () Cos ϕ linea 0,90 R 0,90 R 0,90 R 0,90 R 0,90 R Corrente nominale In () Codice articolo Modulo differenziale Corrente regolata Ir () x In = 250 x In = 800 0,8 x In = 504 x In = x In = Corrente regolata di neutro () Potere d interruzione (k) Corrente magnetica di fase () Corrente magnetica di neutro () I differenziali () / T differenziali (s) Selettività (k) 95

8 R Studio di un coordinamento In base a quanto detto, poiché l interruttore n. 5 ha una In = e la corrente di cortocircuito calcolata ai suoi morsetti è pari a 7 k, l interruttore più idoneo a garantire la protezione è il tdin con corrente nominale di e potere di interruzione di k. Il dispositivo n. 4 deve avere una In = ed un potere di interruzione sufficiente a garantire la protezione rispetto alla corrente di cortocircuito calcolata di k. Esso deve inoltre soddisfare il requisito per cui il dispositivo n. 5 apra sempre prima (almeno fino a 7 k). Dalle tabelle di selettività riportate di seguito si può notare che l'interruttore che soddisfa tali requisiti è il Megatiker M25 con In = e potere di interruzione di 6 k. Le tabelle indicano infatti che tra questi due apparecchi vi è selettività fino a 7,5 k , T704/ F84H/ 0,0 0, I () 7 Il dispositivo n. 3 deve avere una In = 630 e deve avere un potere di interruzione superiore o uguale a 4 k. Tra questo interruttore ed il dispositivo n.4 la selettività deve essere garantita fino almeno a k. Dalle tabelle di selettività già citate, risulta quindi che l interruttore Megatiker M630 con In = 630 e potere di interruzione pari a 50 k è l interruttore che può indicativamente soddisfare tali requisiti. Le tabelle di selettività mostrano infatti che tra l interruttore n.4 (M25 In = ) e questo apparecchio vi è selettività totale (cioè fino al potere di interruzione dell M25). I due interruttori si coordinano tra loro effettuando anche le seguenti regolazioni: - M25: termico con Ir = In, magnetico non regolabile - M630: termico Ir = 0,8 In (vedi schema), magnetico Im = In , 0,0 630 T704/ F84H/ 764N/630 0, I () 7 L interruttore n. 2 deve avere una In = 800 ed un potere di interruzione superiore o uguale a 8 k; tra questi ed il dispositivo n.3 vi deve essere selettività fino a 4 k. nalizzando le tabelle di selettività emerge come interruttore ideale il Megatiker M800ES con In = 800 e potere di interruzione pari a 50k. Le tabelle di selettività mostrano infatti che tra l M630 In = 630 e questo apparecchio vi è selettività fino a 25k. nalizzando tuttavia le curve di intervento si può però osservare che la sovrapposizione della curva dell interruttore M800ES in versione base, senza alcun tipo di regolazione dei tempi di intervento non è sufficiente a garantire un coordinamento selettivo totale , T704/ F84H/ 764N/630 T784800S 0,0 0, I () 7 96

9 Studio di un coordinamento lla luce di quanto detto è quindi necessario scegliere l interruttore M800ES in versione selettiva. Impostando il ritardo per sovraccarico dell M800 a 30 secondi (massima regolazione consentita) è possibile ottenere una curva che risulta sufficientemente distante (tenendo conto delle tolleranze) da quella dell interruttore direttamente a valle. nalizzando sempre le curve sovrapposte si nota l opportunità di effettuare una regolazione anche del tempo di intervento per cortocircuito. Relativamente a quanto osservato si regola il tempo di intervento Tm 0,s. Tenendo conto delle tolleranze, può essere opportuno regolare anche lo sganciatore magnetico dell M630, portandolo fino a 5 In T704/ F84H/ 764N/630 T784800S 0, 0,0 0, I () 7 L interruttore n. deve avere infine una In =250 ed un potere di interruzione superiore o uguale a 8,7 k. Il livello di selettività tra questo apparecchio e l interruttore n.2 vi deve essere almeno di 8 k. nalizzando le tabelle di selettività la scelta cade sull interruttore Megatiker M250ES con In = 250 e potere di interruzione pari a 50 k. Le tabelle di selettività mostrano infatti che tra l interruttore n.2 (M800ES) e questo apparecchio vi è selettività fino a 25 k. Sovrapponendo tuttavia la caratteristica dell interruttore M250ES in versione base quanto sopra affermato non sembra in realtà attuabile sia per quello che riguarda la protezione da sovraccarico sia per quella da cortocircuito. Si rende quindi necessario scegliere lo stesso interruttore però in versione selettiva , 0, T704/ F84H/ 764N/630 T784800S T S 0, I () 7 E inizialmente necessario regolare il ritardo per sovraccarico dell M250 fino a quando la curva non risulta sufficientemente distante (tenendo conto delle tolleranze) da quella dell M800ES. Si regola quindi questo ritardo al massimo consentito (30s). Per garantire un adeguato coordinamento selettivo, analizzando sempre le curve di intervento sovrapposte risulta opportuno portare la regolazione del tempo di intervento per cortocircuito a 0,2s. Effettuata tale regolazione risulta completato lo studio di coordinamento tra i vari interruttori del circuito. Come si nota dalla figura in riferimento non ci sono sovrapposizioni tra le curve di intervento dei dispositivi T704/ F84H/ 764N/630 T784800S T S 0, 0,0 0, I () 7 97

10 R Tabelle di selettività Lettura e comprensione delle tabelle di selettività Di seguito sono riportate le diverse tabelle di selettività tra gli interruttori automatici Ticino ottenuti in con-formità alle prescrizioni della norma CEI EN Sono riportate tabelle di coordinamento alle diverse tensioni di alimentazione nei sistemi trifase e monofase: - 230V a.c V a.c V a.c. I valori riportati rappresentano il limite di selettività dall'instantaneo in poi (espresso come valore in k) raggiungibile dal dispositivo a valle considerando i poteri di interruzione delle apparecchiature a monte e a valle riferiti alle norme CEI EN La lettera "T" indica la selettività totale fino al limite del potere di interruzione del dispositivo a valle. Il simbolo O indica invece che il limite di selettività coincide con il valore di intervento magnetico del dispositivo a monte. I dati riportati nelle tabelle, nel caso di coordinamento con dispositivi predisposti di regolazioni delle soglie di intervento magnetico, sono riferiti alle massime regolazioni impostabili. Nel caso invece di coordinamento con dispositivi predisposti di regolazioni dei tempi di intervento i valori riportati nelle tabelle sono da considerarsi con regolazione dei tempi a 0 (intervento istantaneo). Le tabelle di coordinamento con gli interruttori tdin (se non indicato diversamente) si riferiscono ad interruttori di tipo C con soglia di intervento magnetico compreso tra 5 e In. Le selettività tra interruttori tdin è di tipo amperometrico e si può valutare considerando i rispettivi interventi magnetici. Nel caso di coordinamento con gli interruttori elettronici in cui il limite di selettività è maggiore di 20 k ogni regolazione del tempo non ha effetto e non migliora la selettività. Le regolazioni del tempo tra interruttori elettronici possono essere effettuate con benefici alla selettività per correnti di cortocircuito inferiori a 20 k. Esempio di verifica della selettività Per capire meglio l utilizzo delle tabelle di selettività vedere l esempio di seguito. Si vuole determinare il limite di selettività nel coordinamento tra un interruttore Megatiker ME25 con In = 25 posto a monte ed un interruttore tdin 60 con In = 32 in un sistema monofase a 230V a.c. Prendere in considerazione la tabella di coordinamento riportata a pagina 6. Posizionarsi in corrispondenza dell'interruttore ME25 sul valore 25 Scorrere sulla colonna corrispondente al valore 25 fino ad intercettare il valore corrispondente all intersezione con l interruttore tdin 60 a 32. Il valore rilevato è 8k. Tale valore è il limite di selettività del coordinamento, al di sotto del quale si ha il solo intervento del tdin 60 ed al di sopra del quale anche quello del Megatiker ME25. 98