Coordinamento delle protezioni BT. Guida Tecnica

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1 Coordinamento delle protezioni BT Guida Tecnica

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3 Sommario Glossario 2 Le esigenze della distriuzione elettrica Sicurezza e disponiilità Distriuzione elettrica BT Funzioni e caratteristiche degli apparecchi di protezione Le funzioni degli interruttori Livello A: il quadro generale BT Livello B: i quadri di distriuzione Livello C: la distriuzione terminale La norma CEI EN I principi Richiamo delle caratteristiche elettriche Coordinamento tra interruttori automatici Taella riepilogativa 12 Criteri di coordinamento La limitazione Principi Potere di limitazione di un interruttore Vantaggi Curve di limitazione La filiazione o protezione di sostegno (ack-up) Campo d impiego La selettività Generalità Tecniche di selettività Le regole di selettività Regole generali di selettività La selettività delle protezioni differenziali Selettività verticale Selettività orizzontale Coordinamento delle protezioni e norme impianto 26 La scelta di Schneider Electric Gli interruttori aperti Tecnologia dei poli Le innovazioni tecniche degli interruttori Masterpact Gli interruttori scatolati Sganciatori Gli interruttori modulari Le regole della selettività da 1 a 6300 A Regole generali di selettività Regole di selettività per Masterpact NT e NW Regole di selettività naturale tra Compact NSX La selettività rinforzata mediante filiazione con gli interruttori Compact NSX Applicazioni particolari Sintesi 39 Le regole della selettività e della filiazione Taelle di selettività Taelle di filiazione Studio della selettività MT / BT da 1 a 6300 A A livello del quadro generale BT Filiazione A livello del quadro generale w A livello del quadro di distriuzione x A livello del quadro di distriuzione terminale y 43 Schneider Electric 1

4 Glossario TED: DPCC: CEI: TA: UC: QGBT: CEP: MT: Icc: tenuta elettrodinamica. dispositivo di protezione contro i cortocircuiti. Comitato Elettrotecnico Italiano. trasformatori di corrente. unità di controllo. quadro generale BT. canalizzazioni elettriche prefaricate. media tensione (da 1 kv a 36 kv). corrente di cortocircuito. Icc(D1): corrente di cortocircuito nel punto di installazione di D1. Ucc: DBM: PdI: Icu (1) : tensione di cortocircuito. interruttore scatolato. potere di interruzione. potere di interruzione estremo. IcuD1 (1) : potere di interruzione estremo di D1. (1) Le principali caratteristiche elettriche degli interruttori automatici sono descritte a pagina 8. 2 Schneider Electric

5 In reve Le esigenze della distriuzione elettrica La progettazione degli impianti elettrici in assa tensione porta alla scelta dei dispositivi di protezione contro tre tipi di guasti: i sovraccarichi; i cortocircuiti; i guasti d isolamento. Sicurezza e disponiilità dell energia sono le principali esigenze dell utenza. Il coordinamento delle protezioni permette di rispondere a queste esigenze ottimizzando i costi Sicurezza e disponiilità La scelta dei dispositivi di protezione deve tenere conto: degli aspetti normativi legati alla sicurezza delle persone, delle prolematiche tecniche ed economiche dell impianto. L apparecchio scelto deve: sopportare ed eliminare i guasti ottimizzando i costi rispetto alle prestazioni necessarie, ridurre l incidenza di un guasto ad una parte del circuito il più possiile limitata per garantire la continuità del servizio. Per raggiungere questi oiettivi occorre garantire il coordinamento delle prestazioni dei dispositivi di protezione necessaria per: gestire la sicurezza e migliorare la durata nel tempo dell impianto riducendo le sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche, gestire la disponiilità eliminando il guasto con l intervento dell interruttore installato immediatamente a monte del guasto stesso. I metodi di coordinamento tra interruttori sono: la filiazione, la selettività. Se il guasto d isolamento viene gestito in modo specifico da dispositivi di protezione differenziali occorre comunque assicurare la selettività dei dispositivi differenziali o delle protezioni di terra. Schneider Electric 3

6 Le esigenze della distriuzione elettrica 1.2. Distriuzione elettrica BT E45026 Livello A quadro generale BT 1600 A 23 ka 70 ka 1000 A quadro di distriuzione potenza industria/terziario distriuzione atelier 1 Livello B 60 ka quadro di distriuzione 400 A partenze prioritarie 45 ka 100 A partenze non prioritarie 100 A 160 A 75 kw Livello C quadro di distriuzione 19 ka cassetta di distriuzione 16 A illuminazione, riscaldamento utenze edificio distriuzione Schema semplificato di un impianto tipo che riassume la maggior parte dei casi riscontraili. I diversi livelli di un impianto elettrico BT I tre livelli di distriuzione hanno specifiche esigenze di disponiilità e di sicurezza. 4 Schneider Electric

7 In reve Le protezioni e il loro coordinamento devono adattarsi alle caratteristiche specifiche dell impianto. A livello: del quadro generale BT l esigenza in termini di disponiilità dell energia elettrica è massima, dei quadri di distriuzione la limitazione delle sollecitazioni in caso di guasto è importante, della Distriuzione Terminale, la sicurezza degli utilizzatori è essenziale Funzioni e caratteristiche degli apparecchi di protezione Le funzioni degli interruttori automatici L interruttore automatico svolge un ruolo determinante nell impianto elettrico, dal momento che è in grado di chiudere ed interrompere un circuito qualunque sia la corrente che lo attraversa, fino al suo potere di interruzione. Le funzioni fondamentali garantite da un interruttore automatico sono le seguenti: chiusura del circuito, conduzione della corrente, apertura del circuito e interruzione della corrente, assicurano il sezionamento. Le esigenze d installazione, di ottimizzazione dei costi, di gestione della disponiilità e di sicurezza guidano le scelte relative all interruttore Livello A: il quadro generale BT Il quadro generale BT è la chiave di accesso di tutta la distriuzione elettrica: in questa parte dell impianto la disponiilità dell energia è di fondamentale importanza. E45036 Le correnti di cortocircuito sono importanti a causa: v della vicinanza delle sorgenti BT (es. trasformatori MT/BT), v delle sarre di grandi dimensioni atte a consentire il trasporto di correnti elevate. Siamo nel campo degli interruttori aperti Questi interruttori sono concepiti alla distriuzione i elettrica di forte potenza: v vengono generalmente installati nei quadri generali BT come protezione degli arrivi e delle partenze di forte potenza; 1/3 v devono restare chiusi in caso di cortocircuito per A permettere all interruttore a valle di eliminare il guasto. i Sono generalmente temporizzati. 2/3 La tenuta elettrodinamica e la forte tenuta termica caratterizzata da una corrente di reve durata Icw sono fondamentali. La loro tenuta elettrodinamica è massima grazie i ad una particolare soluzione costruttiva (ved.pag. 29) Principali caratteristiche degli interruttori aperti: per applicazioni di tipo industriale, conformi alla norma CEI EN , elevati valori di potere d interruzione Icu da 40 a 150 ka, corrente nominale da 800 a 6300 A, categoria B: v elevata corrente nominale di reve durata ammissiile (Icw) da 40 ka a 100 ka - 1 s, v elevata tenuta elettrodinamica, meccanismo di comando ad accumulo di energia. La continuità di servizio è garantita dalla selettività totale: v v verso la parte di circuito a monte con fusiili di protezione del trasformatore MT / BT (1), verso la parte di circuito a valle con l insieme delle partenze (selettività cronometrica). (1) L interesse della selettività MT/BT risiede soprattutto nel fatto che l intervento di rimessa in servizio può essere effettuato in modo meno difficoltoso in BT (accessiilità, vincoli), vantaggi importanti per la continuità di servizio. Schneider Electric 5

8 Le esigenze della distriuzione elettrica Livello B: i quadri di distriuzione I quadri di distriuzione appartengono alla parte intermedia dell impianto: la distriuzione viene realizzata da canalizzazioni prefaricate o cavi di sezioni adatte, le alimentazioni sono ancora aastanza vicine: le correnti di cortocircuito possono raggiungere 100 ka, la continuità di servizio resta sempre un esigenza molto importante. Le protezioni dovranno quindi ridurre le sollecitazioni ed essere perfettamente coordinate con la distriuzione BT a monte e a valle. Siamo nel campo degli interruttori scatolati. Gli interruttori scatolati devono essere in grado di garantire tempi di apertura molto rapidi. L esigenza è principalmente quella di evitare al massimo le sollecitazioni a livello dei cavi e dei collegamenti così come delle utenze. E45041 i Fm i Fm Le soluzioni costruttive possiili sono: v a semplice anello di repulsione, v a doppia repulsione, v ad estrattore, elemento magnetico che respinge o attira il contatto moile. Esempio di schema di repulsione Gli effetti della repulsione possono essere aumentati installando dei circuiti magnetici: con effetti proporzionali al quadro della corrente, con effetti proporzionali all andamento della corrente quindi particolarmente efficaci a corrente elevata (Icc). Principali caratteristiche degli interruttori scatolati: per applicazioni di tipo industriale, conformi alla norma CEI EN , elevati valori di potere d interruzione (da 16 a 150 ka), corrente nominale da 100 A a 1600 A, in categoria B per gli interruttori interruttori > 630 A, in categoria A per gli interruttori interruttori < 630 A, a chiusura e apertura rapida e a tre posizioni di comando (On / Off / sganciato). La continuità di servizio è assicurata da una selettività: parziale per l alimentazione delle partenze non prioritarie, totale per la distriuzione a valle che richiede un elevata disponiilità dell energia. 6 Schneider Electric

9 E Livello C: la distriuzione terminale Le protezioni sono poste direttamente a monte dei carichi; la selettività verso le protezioni dei livelli superiori deve essere assicurata. Questo livello è caratterizzato da una deole corrente di cortocircuito (alcuni ka). Siamo nel campo degli interruttori modulari. Fm i i i Questi interruttori sono adatti a proteggere la distriuzione terminale: è necessario limitare le sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche sui cavi, sui collegamenti e sui carichi. Le tecnologie degli interruttori modulari, utilizzati soprattutto a questo livello dell impianto, consentono di ridurre i prolemi. Negli interruttori modulari la limitazione dipende in parte dall azionatore magnetico. Dopo aver sloccato il meccanismo questo colpisce il contatto moile fornendogli anticipatamente una velocità elevata. L energia dell arco si sviluppa quindi molto presto e molto velocemente. Per gli interruttori di piccolo caliro l impedenza propria del polo contriuisce alla limitazione. Gli interruttori modulari sono adatti soprattutto alle applicazioni domestiche o alla protezione degli ausiliari, conformemente alla norma CEI EN Al contrario, se utilizzati per applicazioni industriali, devono rispondere alle prescrizioni della norma CEI EN Principali caratteristiche degli interruttori modulari: potere di interruzione adatto alle esigenze (alcuni ka), corrente nominale da 1,5 a 125 A in funzione dei carichi da alimentare, in genere destinati alle applicazioni domestiche e terziarie, secondo la norma CEI EN Le protezioni installate devono garantire: la limitazione in corrente, un confort d impiego, una sicurezza assoluta, dal momento che questi dispositivi di protezione vengono utilizzati e manovrati da utenti non specializzati. Schneider Electric 7

10 La norma CEI EN specifica le caratteristiche essenziali degli interruttori industriali: In reve la categoria d impiego, le caratteristiche di regolazione, le caratteristiche costruttive, Stailisce una serie di prove molto complete e rappresentative delle reali condizioni d impiego degli interruttori. L Allegato A riconosce e definisce il coordinamento delle protezioni: Selettività e Filiazione. La conformità di un interruttore alla norma CEI EN è garanzia di qualità dell apparecchio. Le esigenze della distriuzione elettrica 1.4. La norma CEI EN L evoluzione delle esigenze di sicurezza e delle tecnologie ha permesso un innalzamento significativo delle prescrizioni normative per gli interruttori industriali. La conformità alla norma CEI EN , può essere considerata un assicurazione totale per l impiego degli interruttori I principi La norma CEI EN fa parte di una serie di norme che definiscono le caratteristiche delle apparecchiature a assa tensione: le regole generali CEI EN , che raggruppano le definizioni, le prescrizioni e le prove comuni a tutte le apparecchiature industriali BT, le norme prodotto CEI EN da 2 a 7, che trattano prescrizioni e prove specifiche al prodotto in oggetto. La norma CEI EN si applica agli interruttori e agli sganciatori loro associati. Le caratteristiche di funzionamento degli interruttori dipendono dagli sganciatori che ne comandano l apertura in condizioni definite. Questa norma stailisce le caratteristiche essenziali degli interruttori industriali: la classificazione: categoria d impiego, attitudine al sezionamento,... le caratteristiche elettriche di regolazione, le informazioni utili all impiego, le caratteristiche costruttive, il coordinamento delle protezioni (allegato A). DB La norma stailisce inoltre delle prove di laoratorio a cui sottoporre gli interruttori. Queste prove sono molto complete e molto vicine alle reali condizioni d impiego. La conformità delle prove alla norma CEI EN è verificata da laoratori accreditati. Taella delle principali caratteristiche (allegato K CEI EN ) Caratteristiche di tensione Caratteristiche di corrente Ue Ui Uimp In Ith Ithe Iu Tensione nominale d impiego tensione nominale d isolamento tensione nominale di tenuta agli impulsi Corrente d impiego nominale corrente termica convenzionale in aria liera corrente termica convenzionale in quadro corrente nominale ininterrotta Caratteristiche di cortocircuito Caratteristiche dello sganciatore Icm Icu Ics Icw Ir 1,05 x Ir 1,30 x Ir Isd Ii Potere di chiusura nominale in cortocircuito potere di interruzione nominale estremo in cortocircuito potere di interruzione nominale in servizio corrente nominale ammissiile di reve durata Corrente di regolazione termica corrente convenzionale di non-intervento corrente convenzionale di intervento corrente di regolazione intervento corto ritardo corrente di regolazione intervento istantaneo Categoria di utilizzazione degli interruttori La norma CEI EN definisce due categorie di utilizzazione degli interruttori automatici: categoria A: gli interruttori classificati in questa categoria non hanno ritardo intenzionale applicaile all intervento dello sganciatore di cortocircuito. Si tratta in genere degli interruttori scatolati e modulari. Questi interruttori sono in grado di realizzare la selettività amperometrica. categoria B: gli interruttori classificati in questa categoria sono previsti per realizzare la selettività cronometrica. Hanno un ritardo intenzionale applicaile all intervento dello sganciatore (fino a 1 s) per qualsiasi cortocircuito di valore inferiore alla corrente Icw. Si tratta in genere degli interruttori aperti o scatolati di grosso caliro. Per gli interruttori installati in quadro generale BT è importante che la corrente nominale ammissiile di reve durata sia uguale al potere d interruzione Icu in modo da garantire la selettività fino al potere di interruzione nominale estremo Icu. 8 Schneider Electric

11 Richiamo delle caratteristiche elettriche Le caratteristiche di regolazione sono date per curve di intervento. Tali curve comprendono diverse zone delimitate dalle correnti qui di seguito indicate (definite nell allegato K della norma CEI EN ). E45211 t Io t d t sd Ir Isd Ii Icu I Corrente d impiego nominale (In) In (in A eff.) = corrente ininterrotta massima sopportata a temperatura amiente senza riscaldamento anomalo. Es.: 125 A a 40 C. Corrente di regolazione termica (Ir) Ir (in A eff.) dipende da In. Ir caratterizza la protezione contro i sovraccarichi. Per il funzionamento in sovraccarico, le correnti convenzionali di non-intervento Inf e di intervento If sono: v Inf = 1,05 Ir, v If = 1,30 Ir. If è dato per un tempo di intervento convenzionale. Per una corrente superiore a If, l intervento per sgancio termico avverrà secondo una curva a tempo inverso. Ir è definita protezione lungo ritardo (LR). Corrente di regolazione intervento corto ritardo (Isd) Isd (in ka eff.) dipende da In/Ir. Isd caratterizza la protezione contro i cortocircuiti. L apertura dell interruttore avviene secondo la curva di intervento corto ritardo: v con una temporizzazione tsd, v o a I 2 t costante, v o istantaneamente (come per la protezione istantanea). Isd è definita Protezione Corto ritardo o Im. Corrente di regolazione intervento istantaneo (Ii) Ii (eff. ka) è data in funzione di In. Ii caratterizza la protezione istantanea contro i cortocircuiti per tutte le categorie di interruttori. Per le sovracorrenti importanti (cortocircuiti) superiori alla soglia Ii, l interruttore automatico deve essere in grado di interrompere istantaneamente la corrente di guasto. Questa protezione può essere disailitata a seconda della tecnologia e del tipo di interruttore (soprattutto per gli interruttori in categoria B). Schneider Electric 9

12 Le esigenze della distriuzione elettrica DB Id Id I cresta asimmetrica Icw t I cresta simmetrica Valore RMS t ts = 1 s Corrente nominale ammissiile di reve durata (ts = 1 s) Relazione tra Icu e la corrente di cresta ammissiile Taella per il calcolo del cortocircuito asimmetrico (CEI EN ) Icc: corrente di cortocircuito presunta simmetr. ka (valore efficace) Coefficiente di asimmetria k 4,5 y I y 6 1,5 6 < I y 10 1,7 10 < I y 20 2,0 20 < I y 50 2,1 50 < I 2,2 Potere di chiusura nominale in cortocircuito (Icm) (1) Icm (ka cresta) è il valore della massima corrente di cortocircuito asimmetrica che l interruttore automatico è in grado di stailire. La chiusura su cortocircuito rapresenta la sollecitazione massima a cui viene sottoposto un interruttore. Potere di interruzione nominale estremo (Icu) (1) Icu (ka eff.) è il valore della massima corrente di cortocircuito che l interruttore è in grado di interrompere ad una determinata tensione d impiego Ue. Viene verificato con una sequenza di prove normalizzate. Dopo questa sequenza l interruttore non deve essere pericoloso. Potere di interruzione nominale in servizio (Ics) (1) Ics (ka eff.) è un valore dichiarato dal costruttore, espresso in % di Icu. Rappresenta il valore della massima corrente di cortocircuito che l interruttore è in grado di interrompere per 3 volte alla corrispondente tensione nominale d impiego. È una caratteristica molto importante: più il valore di Ics è elevato, più l interruttore è performante. Corrente nominale ammissiile di reve durata (Icw) (1) Definito per gli interruttori automatici in categoria B. Icw (ka eff.) è il valore di corrente massimo che l interruttore può portare senza danneggiamenti per tutta la durata del tempo di ritardo previsto (da 0,05 a 1 s). Questa caratteristica viene verificata con la sequenza di prove normalizzate. (1) Queste caratteristiche sono per una determinata tensione d impiego Ue. 10 Schneider Electric

13 Coordinamento tra interruttori automatici Il termine «coordinamento» si riferisce al comportamento di due apparecchi installati in serie su un circuito elettrico in presenza di un cortocircuito. La filiazione, protezione di sostegno o di ack-up Consiste nell installare un interruttore a monte D1 per aiutare un interruttore a valle D2 ad interrompere correnti di cortocircuito superiori al suo potere di interruzione estremo IcuD2. Questo valore è indicato come IcuD2+D1. La norma CEI EN riconosce la filiazione tra due interruttori. Per i punti critici, laddove si incontrano le curve di intervento, la filiazione deve essere verificata con prove di laoratorio. La selettività Consiste nel garantire il coordinamento tra dispositivi di protezione installati in serie in modo che, in caso di guasto a valle, intervenga solo l interruttore installato immediatamente a monte del guasto. La norma CEI EN definisce un valore di corrente Is detto limite di selettività tale che: se la corrente di guasto è inferiore al valore Is interviene solo l interruttore D2 a valle, se la corrente di guasto è superiore al valore Is, intervengono entrami gli interruttori D1 e D2. Così come per la filiazione, la selettività deve essere verificata con prove e test dei punti critici. La selettività e la filiazione possono essere garantite solo dal costruttore che riporterà i risultati ottenuti in apposite taelle. E45015a D2 D1 D1 E45015 D2 D1 D1 D2 D2 zona di sovrapposizione Filiazione. IB Icu D2 I Icu D2+D1 Selettività. IB Icu D2 I Icu D1 Glossario Icc(D1): Corrente di cortocircuito nel punto in cui è installato D1, IcuD1: Potere di interruzione estremo di D1. Schneider Electric 11

14 Le esigenze della distriuzione elettrica 1.5. Taella riepilogativa Quadro generale BT Livello A Quadro di distriuzione Livello B Quadro di distriuzione terminale Livello C Caratteristiche quadro I nominale da 800 a 6300 A da 100 a 800 A da 1 a 100 A Icc da 50 ka a 150 ka da 20 ka a 100 ka da 3 ka a 10 ka Tenuta termica *** * * Icw/Tenuta elettrodinamica Continuità di servizio *** *** ** Tipo di interruttori interruttore di tipo aperto o interruttore scatolato grosso caliro interruttore scatolato interruttore modulare DB DB Norma CEI EN (1) Sganciatore magnetotermico elettronico Caratteristiche prodotti In tipica da 800 a 6300 A da 100 a 630 A da 1 a 125 A Icu da 50 ka a 150 ka da 25 ka a 150 ka da 3 ka a 25 ka Categoria d impiego B A A Capacità di limitazione * *** *** v (2) consigliato o oligatorio v possiile *** importante ** normale * poco importante (1) Per un impiego domestico e similare conforme alla norma CEI EN (2) Possiile fino a 250 A. 12 Schneider Electric

15 La limitazione è una tecnica che permette all interruttore limitatore di ridurre in modo notevole le correnti di cortocircuito in un impianto. I vantaggi della limitazione sono molteplici: attenuazione degli effetti dannosi prodotti dalle correnti di cortocircuito su un impianto: elettromagnetici, termici, v v v In reve meccanici, ase della tecnica di filiazione. E45206 Criteri di coordinamento 2.1. La limitazione Principi La corrente di guasto presunta Icc è la corrente di cortocircuito che circoleree nel circuito in assenza di limitazione nel punto di installazione del dispositivo di protezione. L eliminazione in meno di un mezzo periodo della corrente di guasto, fa si che si dea tenere conto solo della prima I cresta asimmetrica. Questa dipende dal cos ϕ di guasto del circuito. Id I cresta asimmetrica Icc IL t UA Em ts t1 t2 t La diminuzione della corrente I cresta in I L limitata caratterizza la limitazione di un interruttore. La limitazione consiste nel creare una forza controelettromotrice capace di opporsi all aumento della corrente di cortocircuito. I tre criteri determinanti per l efficacia della limitazione sono i seguenti: il tempo d intervento, ovvero l istante in cui compare la forza controelettromotrice (fcem), la velocità di crescita della forza controelettromotrice fcem, il valore della forza controelettromotrice fcem. La forza controelettromotrice è la tensione d arco UA dovuta alla resistenza dell arco che si forma tra i contatti dal momento della loro separazione. La sua rapidità di evoluzione è legata alla velocità di separazione dei contatti. Come è possiile vedere nella figura sopra riportata, a partire dall istante Ts in cui i contatti si separano, la forza controelettromotrice UA cresce fino al momento t1 in cui è uguale alla tensione dell alimentazione Em. La corrente limitata ha così raggiunto il suo valore massimo, diminuendo e coprendo il tempo t2. Il suo aassamento è provocato dalla forza controelettromotrice il cui valore è superiore a Em. Schneider Electric 13

16 Criteri di coordinamento Potere di limitazione di un interruttore Il potere di limitazione di un interruttore automatico rappresenta la sua capacità, più o meno grande, di lasciar passare, in occasione di un cortocircuito, una corrente limitata reale inferiore alla corrente di cortocircuito presunta. La sollecitazione termica (energia specifica passante) della corrente limitata è rappresentata dall area più scura definita dalla curva della corrente limitata I 2 cc (t). In assenza di limitazione questa sollecitazione termica occuperee invece l area più estesa definita dalla curva del quadrato della corrente presunta. Per una corrente di cortocircuito presunta Icc, una limitazione di questa corrente al 10 % si traduce con meno dell 1 % della sollecitazione termica presunta. L aumento della temperatura del cavo è direttamente proporzionale alla sollecitazione termica (1). E45009 Icc  00% Icc cresta transitoria presunta Icc cresta presunta E45010 A 2 I 2 cc Corrente presunta 100% 0% tcc Icc cresta limitata Limitazione in corrente e impulso termico. t Corrente limitata < 1% t Vantaggi La limitazione attenua fortemente gli effetti dannosi prodotti dalle correnti di cortocircuito su un impianto. Effetti dannosi dei cortocircuiti termici meccanici elettromagnetici Effetti della limitazione Sollecitazione termica limitata (diminuzione dell ampiezza e della durata di passaggio della corrente) quindi: v minor riscaldamento dei conduttori, v aumento della durata di vita dei componenti dell impianto. Corrente di cresta limitata quindi: v forze elettromotrici ridotte, v meno rischi di deformazione o rottura a livello dei collegamenti elettrici. Riduzione del campo magnetico quindi: v meno rischi di disturi dei dispositivi di misura vicini. Quindi, la limitazione contriuisce alla durata nel tempo dell impianto elettrico. (1) In caso di cortocircuito si verifica un riscaldamento adiaatico dei conduttori (senza trasmissione di calore con l esterno per la rapidità dell apporto di energia). L aumento di temperatura per un conduttore di sezione S è: T T K Δθ = S 2 I 2 dt où I 2 dt è detto impulso termico (A 2 s) Schneider Electric

17 Applicazioni ai motori Funzioni E45044 sezionamento e protezione contro i sovraccarichi comando protezione contro i sovraccarichi o protezione termica protezioni specifiche o interna al motore Partenza motore. Le funzioni da assicurare su una partenza motore sono le seguenti: il sezionamento, il comando, la protezione contro i sovraccarichi, la protezione contro i cortocircuiti, protezioni complementari. Una partenza motore può essere composta da 1, 2, 3 o 4 apparecchi diversi. Nel caso più frequente di associazione di più apparecchi è necessario coordinare le diverse funzioni degli apparecchi stessi. Coordinamento dei componenti della partenza motore. Grazie alla limitazione, gli effetti dannosi delle correnti di cortocircuito sulla partenza motore sono fortemente attenuati. Una uona limitazione degli interruttori permette di ottenere facilmente un coordinamento di tipo 2 secondo la norma CEI EN , senza sovradimensionamento dei componenti. Questo tipo di coordinamento garantisce all operatore un utilizzo ottimale della sua partenza motore Tipo 1 CEI EN Il coordinamento di tipo 1 richiede che, in caso di cortocircuito, l avviatore non provochi danni alle persone o agli impianti, pur non potendo essere in grado di funzionare ulteriormente senza riparazioni o sostituzioni di parti. L isolamento deve essere mantenuto anche dopo l incidente. Prima di riavviare è necessario ripristinare la partenza motore. Tipo 2 CEI EN Il coordinamento di tipo 2 richiede che, in caso di cortocircuito, l avviatore non provochi danni alle persone o alle installazioni e sia in grado di funzionare ulteriormente. Il rischio della saldatura dei contatti del contattore è ammesso, purché la loro separazione risulti facile. Prima di riavviare è sufficiente effettuare un controllo rapido. Manutenzione ridotta e rapidità di rimessa in servizio. Schneider Electric 15

18 Criteri di coordinamento Curve di limitazione Il potere di limitazione di un interruttore è espresso da curve di limitazione che indicano: la corrente di cresta limitata in funzione del valore efficace della corrente di cortocircuito presunta. Esempio: su una partenza da 160 A con Icc presunta di 90 ka efficace, l Icc di cresta non limitata è di 200 ka (fattore di asimmetria di 2,2) e l Icc limitata è di 26 ka cresta. l energia specifica passante limitata (in A 2 s), in funzione del valore efficace della corrente di cortocircuito presunta. Esempio: sempre sulla partenza sopra considerata, l effetto termico passa da oltre A 2 s a A 2 s. E45011 cresta ka Icc cresta limitata Curva di limitazione in corrente. A 2 s energia limitata 90 ka kaeff Icc eff presunta 90 Icc eff presunta kaeff Curva di limitazione in energia specifica passante. 16 Schneider Electric

19 In reve La filiazione permette di: risparmiare sui componenti elettrici e sui tempi di progettazione, semplificare la scelta delle protezioni, installando interruttori con prestazioni standard La filiazione o protezione di sostegno (ack-up) La filiazione assicura un potere di interruzione rinforzato agli interruttori installati a valle di un interruttore limitatore. L interruttore limitatore, limitando i forti valori di corrente di cortocircuito nell impianto, aiutano gli interruttori installati a valle. La filiazione permette di utilizzare un interruttore con potere di interruzione inferiore alla corrente di cortocircuito calcolata nel suo punto d installazione Campo d impiego La filiazione interessa tutti gli apparecchi situati a valle dell interruttore limitatore, non è limitata a due apparecchi consecutivi, ma può essere realizzata anche tra apparecchi installati in quadri diversi. La norma d impianto (CEI 64-8) impone che il dispositivo di protezione contro i cortocircuiti installato a monte aia un potere di interruzione estremo Icu superiore o almeno uguale alla corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione. Per gli interruttori installati a valle, il potere di interruzione estremo Icu da prendere in considerazione è il potere di interruzione estremo rinforzato dal coordinamento Principi Quando i due interruttori intervengono (a partire dal punto IB), alla separazione dei contatti di D1 una tensione d arco UAD1 si aggiunge alla tensione UAD2 e aiuta l apertura dell interruttore D2 con la limitazione complementare. E45015c E45217 D1 UAD1 t (s) D2 D1 I Icc D2 UAD2 UAD1 IB UAD2 I IB Icu (D2) Icu (D2 + D1) t1 t1' t2 t (ms) Schneider Electric 17

20 Criteri di coordinamento L associazione D1 + D2 permette di aumentare le prestazioni di D2 come mostrato dalla figura 2: curva di limitazione D2, curva di limitazione rinforzata di D2 da parte di D1, Icu D2 rinforzata da D1. Infatti, in conformità con le specifiche della norma CEI EN , i costruttori indicano direttamente e garantiscono l Icu rinforzata con l associazione D1 + D2. E45208 D1 I D2 Icc (D) I1 IcuD2 IcuD2/rinforzato D1 aiuta D2 a interrompere la corrente limitazione di D2 rinforzato da D1 limitazione di D2 limitazione di D Vantaggi La filiazione permette di sfruttare tutti i vantaggi della limitazione attenuando quindi fortemente gli effetti dannosi prodotti dalle correnti di cortocircuito su un impianto, ovvero: gli effetti termici gli effetti elettrodinamici, gli effetti elettromagnetici. L installazione di un solo interruttore limitatore permette di ottenere risparmi sostanziali sui componenti elettrici e sui tempi di progettazione: semplificazione della scelta degli apparecchi con le taelle di filiazione, risparmio sugli interruttori a valle. La limitazione permette di utilizzare interruttori con prestazioni standard. 18 Schneider Electric

21 La selettività delle protezioni rappresenta un punto chiave per la continuità di servizio. La selettività può essere: parziale, totale, a seconda delle caratteristiche di associazione delle protezioni. Le tecniche che permettono di realizzare la selettività si possono identificare come segue: In reve selettività amperometrica, selettività cronometrica, selettività logica. La selettività può essere ottimizzata con l installazione a valle di interruttori limitatori. E45215a 2.3. La selettività Generalità Principio La selettività consiste nell assicurare il coordinamento tra le caratteristiche di funzionamento di interruttori installati in serie in modo che, in caso di guasto a valle, intervenga solo l interruttore installato immediatamente a monte del guasto. Si avrà un valore di corrente Is (detto limite di selettività) tale che: I di guasto > Is: i due interruttori aprono, I di guasto < Is: solo D2 apre e interrompe il guasto. D1 D2 I di guasto 0 Ir D2 Is apre solo D2 D1 e D2 aprono I di guasto Qualità della selettività Il valore Is deve essere confrontato con il valore della lcc(d2) presunta nel punto di installazione D2. selettività totale: Is > Icc(D2); la selettività si dice totale se, per tutte le correnti di guasto, apre soltanto l interruttore D2 installato suito a monte del guasto. selettività parziale: Is < Icc(D2); la selettività si dice parziale, se la condizione sopra riportata viene verificata solo fino ad un certo valore di corrente Is (detto limite di selettività). Per correnti superiori a Is gli interruttori D1 e D2 aprono simultaneamente. Dati costruttore I costruttori forniscono la qualità della selettività in modo intrinseco: selettività totale, se Is è uguale a IcuD1 (l associazione non potrà mai avere a che fare con una corrente di guasto superiore a questo valore), selettività parziale, limitata a Is. Il valore Is può essere superiore al valore della Icc(D2). Vista dall utilizzatore la selettività è quindi totale. Glossario Icc(D1): Corrente di cortocircuito nel punto di installazione di D1, IcuD1: Potere di interruzione estremo di D1. Schneider Electric 19

22 Criteri di coordinamento Tecniche di selettività Selettività amperometrica La selettività amperometrica è legata direttamente alla differenziazione delle soglie di intervento di due interruttori in serie. i trasformatori possono, per tensioni superiori alla loro tensione nominale, assorire correnti con componenti armoniche. In questo caso la causa è la saturazione dovuta all effetto d isteresi. E45213 t D2 D1 D1 D2 Ir2 Ir1 Isd 2 Isd 1 Il limite di selettività Is è: - Is = Isd2 se le soglie Isd1 e Isd2 sono troppo vicine o sovrapposte, - Is = Isd1 se le soglie Isd1 e Isd2 sono sufficientemente distanziati. In generale la selettività amperometrica si ottiene quando: - Ir1 / Ir2 < 2, - Isd1 / Isd2 > 2. Il limite di selettività è: - Is = Isd1. Livello di selettività La selettività è totale se Is > Icc(D2), o Isd1 > Icc(D2). Questo implica in genere: v un asso livello Icc(D2), una differenza importante tra i caliri degli interruttori D1 e D2. v La selettività amperometrica si applica prevalentemente a livello di distriuzione terminale. I Selettività cronometrica La selettività cronometrica è un ampliamento della selettività amperometrica. Si ottiene differenziando i tempi di intervento dei dispositivi di protezione. Questa tecnica consiste nell applicare una temporizzazione t all intervento corto ritardo (CR) di D1. DB t D2 D1 D1 D2 Dt Ir2 Ir1 Isd 2 Isd 1 Ii 1 Le soglie di D1 e di D2 rispettano le regole di applicazione della selettività amperometrica. Il limite di selettività Is dell associazione è uguale alla soglia istantanea Ii1 di D1. Id 20 Schneider Electric

23 Livello di selettività Sono possiili due casi di utilizzo: sulle partenze terminali e/o intermedie È possiile utilizzare interruttori in categoria A con un intervento temporizzato dell interruttore a monte. Questo permette di prolungare la selettività amperometrica fino alla soglia istantanea Ii1 dell interruttore a monte: Is = Ii1. Se Icc(D2) non è troppo elevata (caso di una partenza terminale) si ottiene la selettività totale. sugli arrivi e sulle partenze del quadro generale BT A questo livello la continuità di servizio è prioritaria: le caratteristiche del circuito permettono l utilizzo di interruttori in categoria B adatti ad un intervento temporizzato. Questo tipo di interruttori ha una tenuta termica elevata. (Corrente nominale ammissiile di reve durata = 50 % Icu per t = 1s): Is = Icw. Anche per valori di Icc(D2) elevati, la selettività cronometrica assicura generalmente una selettività totale: Icw1 > Icc(D2). Nota: L utilizzo di interruttori in categoria B implica sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche importanti per i componenti dell impianto elettrico. Questi interruttori hanno infatti una soglia istantanea Ii elevata regolaile o disattivaile per garantire se necessario la protezione delle sarre. E45216 Miglioramento della selettività amperometrica e cronometrica interruttori limitatori. L utilizzo di un interruttore limitatore permette di non tener conto del limite di selettività. non limitatore Ic Id ILd limitatore di cortocircuito Id Icc (D2) Come mostrato dalla figura sopra riportata, D1 rileverà una corrente di guasto Id: uguale a Id in caso di interruttore non limitatore, uguale a ILd Id in caso di interruttore limitatore. Il limite di selettività amperometrica e cronometrica Is dell associazione D1 + D2 viene quindi portato ad un valore tanto maggiore quanto più l interruttore limitatore a valle è rapido ad intervenire. Livello di selettività L utilizzo di un interruttore limitatore è molto efficace per ottenere una selettività totale quando le regolazioni delle soglie (selettività amperometrica) e/o la soglia di intervento istantaneo (selettività cronometrica) dell interruttore a monte D1 sono troppo asse rispetto alla corrente di guasto Id in D2 - Icc(D2). Schneider Electric 21

24 Criteri di coordinamento Selettività logica o "Zone Selective Interlocking (ZSI)" DB D1 filo pilota D2 ordine di attesa D3 ordine di attesa Selettività logica. Questo tecnica di selettività può essere applicata solo con sganciatori elettronici installati sugli interruttori Compact e Masterpact: la Selettività logica gestisce solo le funzioni Corto ritardo o Protezione Terra degli aparecchi pilotati. In particolare è esclusa la funzione Protezione Istantanea. Regolazioni degli interruttori pilotati temporizzazione: è necessario rispettare ed applicare gli eventuali gradini di temporizzazione della selettività cronometrica ( td1 u td2 u td3), soglie: è necessario rispettare la differenziazione naturale dei caliri delle protezioni (IcrD1 u IcrD2 u IcrD3). Principi Lo scamio di informazioni richiede un tempo massimo di 100 ms quindi tutti gli sganciatori interessati dalla selettività logica devono essere temporizzati sul secondo gradino di temporizzazione (t maggiore di 100 ms); tutti gli interruttori che vedono transitare una corrente superiore alla soglia di funzionamento inviano un segnale di attesa all interruttore installato a monte; l interruttore installato immediatamente a monte del cortocircuito, non ricevendo nessun ordine di attesa, apre istantaneamente, mentre il successivo interruttore a monte rimane chiuso consentendo così di realizzare un intervento selettivo. Così facendo il tempo di eliminazione del guasto è limitato al minimo indispensaile a tutti i livelli di selettività possono essere maggiori del numero di gradini di temporizzazione e l affidailità gloale dell impianto è migliorata. Funzionamento Un filo pilota collega in cascata i dispositivi di protezione di un installazione (cf. figura selettività logica). Quando si verifica un guasto ogni interruttore installato a monte del guasto invia un segnale (uscita livello alto) provocando il passaggio in temporizzazione dell interruttore a monte (ingresso a livello alto). L interruttore installato immediatamente a monte del cortocircuito, non ricevendo nessun ordine di attesa, apre istantaneamente,. Livello di selettività Consigliata e molto utilizzata negli USA, questa tecnica permette di: v realizzare facilmente e in standard la selettività su 3 o più livelli, v eliminare gli effetti sul circuito legati all intervento temporizzato della protezione in caso di guasto che interessi direttamente le sarre a monte. Tutte le protezioni intervengono quasi istantaneamente, v realizzare facilmente la selettività verso il circuito a valle con interruttori non comandati. 22 Schneider Electric

25 2.4. Le regole di selettività Regole generali di selettività Protezione contro i sovraccarichi Per un valore qualunque di sovracorrente la selettività è garantita in sovraccarico se il tempo di non intervento dell interruttore a monte D1 è superiore al tempo massimo di interruzione dell interruttore D2. La condizione è realizzata se il rapporto delle regolazioni Lungo Ritardo (LR) e Corto ritardo (CR) è superiore a 2. E45223 Protezione contro i cortocircuiti selettività cronometrica L intervento dell interruttore a monte D1 è temporizzato con una temporizzazione t. v Occorre rispettare le condizioni necessarie per la selettività amperometrica. v La temporizzazione t dell interruttore a monte D1 deve essere sufficiente a consentire l eliminazione del guasto da parte dell interruttore a valle. La selettività cronometrica permette di aumentare il limite di selettività Is fino alla soglia di intervento istantaneo dell interruttore a monte D1. La selettività è sempre totale se l interruttore D1: - è in categoria B, - ha un valore di Icw uguale al suo potere d interruzione in cortocircuito Icu. La selettività è totale negli altri casi se la soglia di intervento istantaneo dell interruttore a monte D1è superiore all Icc presunta in D2. selettività logica La selettività è sempre totale. Caso generale v Le curve tempo / corrente forniscono chiaramente un valore di Icc (limitata o presunta) inferiore all intervento Corto ritardo dell interruttore a monte; la selettività è quindi totale. t I t Ir2 selettività amperometrica Isd1 selettività cronometrica Is I In caso contrario solo delle prove possono indicare i limiti di selettività del coordinamento in particolare quando gli interruttori sono limitatori. Il limite di selettività Is può essere determinato confrontando l andamento delle curve: v in energia di intervento per l interruttore a valle, v in energia di non intervento per l interruttore a monte. L eventuale punto d intersezione delle curve indica il limite di selettività Is. Ir2 Isd1 Is I I costruttori indicano nelle taelle di selettività le prestazioni provate del coordinamento. Schneider Electric 23

26 Criteri di coordinamento 2.5. La selettività delle protezioni differenziali In ase al sistema di collegamento a terra (detto anche sistema di neutro) la selettività utilizza solo il coordinamento delle protezioni contro le sovracorrenti. Quando il guasto d isolamento viene gestito in modo specifico da protezioni differenziali (ad esempio, in sistema TT), è necessario garantire anche la selettività dei dispositivi differenziali tra loro. La selettività delle protezioni differenziali deve permettere che, in caso di guasto d isolamento, venga isolata solo la partenza interessata dal difetto. L oiettivo è ottimizzare la disponiilità dell energia. Esistono due tipi di selettività differenziale Selettività verticale Tenuto conto delle esigenze e delle norme di funzionamento la selettività deve rispondere contemporaneamente alle condizioni amperometrica e cronometrica. DB Da DDR D DDR Selettività verticale. Condizione amperometrica Il dispositivo differenziale deve intervenire tra I n e I n/2, ove I n rappresenta il valore della corrente di funzionamento dichiarato. Occorre quindi avere un rapporto minimo pari a 2 tra le soglie di intervento dei dispositivi a monte e a valle. I valori normalizzati per uso domestico indicano un rapporto pari a 3. Condizione cronometrica Il tempo minimo di non intervento del dispositivo a monte deve essere superiore al tempo massimo di intervento del dispositivo a valle per tutti i valori di corrente. Nota: Il tempo di intervento dei dispositivi differenziali deve essere sempre inferiore o uguale al tempo indicato nelle norme d impianto per assicurare la protezione delle persone contro i contatti indiretti. 24 Schneider Electric

27 Nel campo degli interruttori differenziali per uso domestico, le norme CEI EN (interruttori differenziali) e CEI EN (interruttori automatici differenziali) definiscono dei tempi di funzionamento. I valori della taella corrispondono alle curve G e S. La curva G (Generale) corrisponde ai dispositivi di protezione a corrente differenziale di tipo generale non temporizzati e la curva S (Selettiva) ai dispositivi differenziali temporizzati selettivi. E45046 t ms S max. G A Id / IDn. Curve dei tempi di funzionanemto G e S. Valori normalizzati dei tempi di funzionanemto Tipo In A I n A Valori normalizzati dei tempi di funzionanemto e di non funzionamento (in secondi) a: I n 2I n 5I n 500 A selettivo > 25 > 0,030 0,5 0,2 0,15 0,15 tempo di funzionamento max 0,13 0,06 0,05 0,04 tempo di non funzionamento min Selettività orizzontale Definita anche selezione dei circuiti, permette il risparmio di un interruttore differenziale a monte dell impianto quando gli interruttori sono installati nello stesso quadro. In caso di perdita di isolamento solo la partenza interessata al guasto viene messa fuori servizio in quanto gli altri dispositivi differenziali non rilevano alcuna corrente verso terra. DB DDR DDR Selettività orizzontale. Schneider Electric 25

28 In reve La selettività e la filiazione possono essere garantite solo dal costruttore che registrerà i risultati dei test effettuati in apposite taelle. Criteri di coordinamento 2.6. Coordinamento delle protezioni e norme d installazione La norma impianti CEI 64-8 che riguarda gli impianti elettrici degli edifici, raccomanda un uon coordinamento tra i dispositivi di protezione. Riconosce i principi della filiazione e della selettività degli interruttori asandosi sulla norma prodotto CEI EN Norme prodotto CEI EN Nell allegato A, la norma CEI EN riconosce e definisce il coordinamento tra gli interruttori automatici. In particolare definisce le prove da effettuare. La selettività Viene normalmente studiata sul piano teorico. Nei punti critici in cui le curve di intervento si sovrappongono deve essere verificata con appositi test. È garantita dal costruttore che registrerà il valore di Is (limite di selettività) nelle apposite taelle. La filiazione o protezione di sostegno La norma indica le misure da effettuare per verificare il coordinamento. v Verifica mediante confronto delle caratteristiche Nei casi pratici questo tipo di verifica è sufficiente. È necessario dimostrare chiaramente che l IcuD2 dell associazione è compatile con l energia massima ammessa da D2 (I2t ). v Verifica con prove La filiazione è normalmente verificata con prove per i punti critici. Le prove vengono realizzate con un interruttore a monte D1 regolato al massimo di I max e un interruttore a valle D2 regolato alla soglia minima. I risultati dei test (poteri di interruzione rinforzati dalla filiazione) sono riportati in una taella e garantiti dal costruttore. Norme d impianto Le norma CEI 64-8 definisce l applicazione di questi principi a seconda dello schema di collegamento a terra considerato. Selettività La selettività è definita e stailita qualunque sia il sistema di neutro utilizzato e con qualsiasi tipo di guasto (sovraccarico, cortocircuito, guasto d isolamento). Tuttavia, in caso di guasto d isolamento in sistema IT, il vantaggio della continuità di servizio è garantito dallo schema di collegamento stesso che tollera il 1 o difetto. Tale vantaggio deve essere mantenuto con la ricerca e l eliminazione rapida del guasto. Filiazione Al contrario le regole di filiazione sono date per un sistema tipo TN o TT. Regole di ase in sisema IT: Le regole di filiazione non possono essere applicate nel sistema IT, a causa del doppio guasto d isolamento. Le regole da seguire sono le seguenti: l interruttore deve avere un potere di interruzione superiore o uguale alla corrente di cortocircuito trifase nel punto considerato, in caso di doppio guasto presunto è stailito che la corrente di cortocircuito del doppio guasto sarà al massimo: v 15 % dell Icc trifase per un Icc trifase A, v 25 % dell Icc trifase per un Icc trifase > A. 26 Schneider Electric

29 E51174 L1 L2 L3 N PE Sistema TT. E51122 L1 L2 L3 N PE Sistema TN. E51175 L1 L2 L3 N PE Sistema IT. Nota: La norma CEI definisce 3 tipi di schemi di collegamento a terra (detti anche sistemi di neutro) e più precisamente: TT: Neutro del trasformatore BT collegato direttamente a terra. Le masse degli apparecchi sono collegate a terra. TN: Neutro del trasformatore BT e masse degli apparecchi collegati ad una terra comune. IT: Neutro del trasformatore BT isolato da terra. Le masse degli apparecchi sono collegate a terra. Questi tre sistemi di distriuzione (e le tecniche di interruzione automatica ad essi associate) hanno lo scopo di assicurare la protezione delle persone contro i contatti indiretti. Schneider Electric 27

30 La scelta di Schneider Electric Schneider Electric offre a catalogo gamme di interruttori automatici rispondenti a tutte le diverse esigenze della distriuzione elettrica BT, da 0,5 a 6300 A, ovvero: le gamme di interruttori di potenza Masterpact NT e NW da 800 a 6300 A, le gamme di interruttori scatolati Compact: v Compact NSX da 100 a 630 A v Compact NS da 630 a 3200 A le gamme di interruttori modulari Multi 9 da 0,5 a 125 A, le gamme di interruttori protezione motore Integral/GV2/GV7. Questi prodotti sono conformi alle norme prodotto CEI EN Le possiili associazioni sono state provate secondo la norma CEI EN e sono garantite da Schneider Electric. Sono a disposizione del Cliente esaustive taelle di coordinamento, filiazione e selettività. 28 Schneider Electric

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