CRITERI DI SCELTA DEGLI INTERRUTTORI AUTOMATICI BT E CONDUTTURE Tecnologie e Progettazione di Sistemi Elettrici ed Elettronici 1
1 Dimensionamento preliminare cavi 2 Calcolo delle correnti di corto circuito 3 Scelta preliminare interruttore 4 Protezione contro sovraccarichi 5 Protezione contro il corto circuito 6 Protezione contro i contatti indiretti 7 Scelta definitiva interruttore e cavi!2
Dimensionamento cavi Consiste nel determinare la sezione del cavo in modo che siano verificate le seguenti condizioni Portata del cavo Iz maggiore o uguale della corrente di impiego IB : I B I z Caduta di tensione del cavo inferiore o uguale alla caduta ammissibile per la conduttura : Δu Δu a!3
Dimensionamento cavi Portata Iz : corrente permanente che determina nel conduttore la massima temperatura di regime sopportabile dagli isolanti senza subire danni; Massima temperatura di servizio assume i valori fissati dalla norma CEI 20-21 La portata dipende da: 1. Tipo di cavo; 2. Tipo di posa; 3. Temperatura Ambiente; 4. Vicinanza da altri cavi.!4
Dimensionamento cavi La corrente di impiego IB : valore di corrente da prendere in considerazione per la determinazione delle caratteristiche degli elementi di un circuito. CEI 64-8 In regime permanente è la massima corrente che una linea può trasportare in condizioni ordinarie; In regime variabile si considera la corrente termicamente equivalente, che in regime permanente porterebbe gli elementi del circuito alla stessa temperatura.!5
Dimensionamento cavi Calcolo della caduta di tensione del cavo tramite la relazione: Δu = m(r l Icosφ + X l Isinφ) m = 2 per corrente continua o alternata monofase; m = 3 per corrente alternata trifase; Rl = resistenza di linea ; Xl = reattanza di linea; I = corrente di linea; φ = angolo di sfasamento tra tensione e corrente di linea.!6
Dimensionamento cavi Δu = m(r l Icosφ + X l Isinφ) Per linee in corrente continua o corrente alternata monofase la relazione diventa: Ed essendo : ρ Δu Δu = 2R l I R l = ρ l S = Resistività del materiale del conduttore alla temperatura di lavoro l = Lunghezza della linea S = Sezione dei conduttori = Caduta di tensione in linea Si ha: [ Ω mm2 m ] [m] [mm 2 ] [V ] Δu = 2ρ l S I S = 2ρ l Δu I!7
Dimensionamento cavi Δu = m(r l Icosφ + X l Isinφ) Si definisce caduta di tensione percentuale della linea il rapporto tra la caduta di tensione e la tensione V moltiplicato per cento: Δu% = Δu V 100!8
Dimensionamento cavi Potenza dissipata dal cavo: Δp = 3R l li 2 Energia specifica sopportabile dal cavo: E c = k 2 S 2 K = coefficiente che dipende dal tipo di cavo, in relazione alla massima temperatura di corto circuito riportatata nella Energia specifica sopportabile dal cavo. CEI 64-8!9
Calcolo delle correnti di corto circuito La corrente di corto circuito può essere determinata considerando il seguente circuito: Applicando il secondo principio di Kirchhoff alla maglia si ottiene: e + e L = R i cc e = f.e.m. fornita dal generatore; el = f.e.m. di autoinduzione nell'induttanza L; RiCC = caduta di tensione sulla resistenza R prodotta dalla corrente di corto circuito icc.!10
Calcolo delle correnti di corto circuito e = 2Esinωt Dove: e L = L di cc dt E quindi: 2Esinωt L di cc dt = R i cc 2Esinωt = L di cc dt + R i cc!11
Calcolo delle correnti di corto circuito 2Esinωt = L di cc dt + R i cc La risoluzione della precedente equazione differenziale fornisce la corrente di corto circuito in funzione del tempo icc= f(t). Costituita da due componenti: Permanente simmetrica i s = 2I cc sin(ωt φ cc ) Transitoria unidirezionale i u = 2I cc sinφ cc e R L t I cc = E R 2 + (ωl) 2 Pertanto la corrente di corto circuito vale : i cc = i u + i s!12
Calcolo delle correnti di corto circuito Andamento della φ corrente di corto circuito in funzione del tempo nel caso Icc = 1 e cc = 80!13
Calcolo delle correnti di corto circuito Per la scelta delle caratteristiche dell'interruttore Corrente di corto circuito massima Icc,max Serve per stabilire il potere d interruzione dell interruttore, ovvero la corrente massima entro la quale è in grado di aprire il circuito I cc,max = U 3 Z U = tensione di esercizio dell'impianto [V] Z = impedenza del circuito a monte del punto di guasto [Ohm]!14
Calcolo delle correnti di corto circuito Corrente di corto circuito di cresta Icc,cr Serve per stabilire il potere di chiusura dell interruttore, ovvero valore della massima corrente di cortocircuito che è in grado di stabilire alla tensione nominale di impiego I cc,cr = k cr I cc,max Dove: K cr = 2 (1 + e π tangφ cc )!15
Calcolo delle correnti di corto circuito Corrente di corto circuito minima Icc, min I cc,min = 0, 8 U S 1, 5 ρ L c 1 1 + m k x I cc,min = 15 U S circa L c Icc,min serve per la verifica del corretto intervento dello sganciatore magnetico; serve, in altri termini, per stabilire il valore massimo della soglia d'intervento dello sganciatore magnetico dell'interruttore. U = tensione del circuito di guasto (tensione fase-neutro per circuito trifase con neutro distribuito; tensione fase-fase per circuito monofase o circuito trifase con neutro non distribuito) [V] S = sezione del cavo [mm²] 1,5 = fattore che tiene conto dell'incremento della resistività del cavo dovuto all'aumento di ρtemperatura durante il corto circuito = resistività del conduttore a 20 C (per il rame 0,0178) Lc = lunghezza del cavo [m] m = SF/SN = rapporto fra le sezioni dei conduttori di fase e di neutro nel caso di circuito trifase con neutro distribuito [W] Kx = tiene conto della reattanza del cavo.!16
Calcolo delle correnti di corto circuito Rispetto alla sezione del conduttore di fase, la sezione del neutro può essere scelta nel modo indicato nella seguente tabella: Sezione di fase SF (mm 2 ) Sezione di neutro SN (mm 2 ) SF = 16 SN = SF 16 < SF =35 SN = 16 SF > 35 SN = SF/2 Sezione (mm2) 95 120 150 185 240 Kx 1 0,90 0,85 0,80 0,75!17
Scelta preliminare dell interruttore E necessario coordinare i dati tecnici del dispositivo con i dati relativi alle caratteristiche elettrico dell impianto : Valore della tensione di esercizio V [V] Valore della tensione d impiego IB [A] Valore della massima corrente di corto circuito ICC,max (valore efficace della componente simmetrica) Valore di cresta della corrente di corto circuito ICC,cr (valore di picco della corrente totale di corto circuito)!18
Scelta preliminare dell interruttore Corrente nominale dell interruttore maggiore o uguale alla corrente impiego I N I B Negli interruttori dove è possibile regolare lo sganciatore termico I rt I B Potere d interruzione dell interruttore maggiore o uguale della corrente massima di cortocircuito P di I cc,max Potere di chiusura dell interruttore maggiore o uguale al valore di cresta della corrente di corto circuito P ch I cc,cr!19
Protezione della conduttura contro i sovraccarichi Consiste nel coordinare interruttore e conduttura in modo che l interruttore intervenga prima che le temperature dei cavi raggiungano valori dannosi per gli isolanti Occorre che siano verificate le seguenti condizioni: corrente nominale dell interruttore compresa tra la corrente d impiego e la portata I B I N I z Corrente d intervento dell interruttore non superiore a 1,45 volte la portata del cavo I f 1, 45 I z!20
Protezione della conduttura contro i sovraccarichi IN If INTERRUTTORE CAVO IB IZ 1,45 IZ Caso di protezione sicura in quanto l interruttore interviene prima che la corrente superi la portata del cavo!21
Protezione della conduttura contro i sovraccarichi IN If INTERRUTTORE CAVO IB IZ 1,45 IZ Caso di protezione non del tutto sicura in quanto non è certo che per correnti superiori alla portata l interruttore intervenga prima che il cavo raggiunga temperature superiori ai limiti massimi consentiti!22
Protezione della conduttura contro i corto circuiti Consiste nel verificare che l interruttore sia in grado di interrompere le correnti di corto circuito prima che esse producano effetti termici e meccanici dannosi per i cavi. L energia specifica lasciata passare dall interruttore deve essere minore o uguale all energia specifica sopportabile dal cavo. Analizzando lo scambio energetico del cavo in relazione alla durata del corto circuito e la temperatura propria del sistema si ottiene l integrale di Joule. t i 0 i 2 dt = k 2 S 2 Semplificando si ottiene: I 2 t k 2 S 2!23
Caratteristica tempo corrente corrente degli interruttori magnetotermici Le classi di intervento differenziano gli interruttori per la rapidità con la quale viene interrotta la corrente, le più diffuse sono la B la C e la D!24
Protezione della conduttura contro i corto circuiti I 2 t k 2 S 2 I cc,max I c I cc,min I m L c L max!25
Protezione dai contatti indiretti Sistema TT R A I a 50 RA = resistenza del dispersore di terra e dei conduttori di protezione delle masse Ia = corrente che provoca l intervento dell interruttore automatico in 5 secondi oppure la corrente nominale dell interruttore differenziale.!26
Protezione dai contatti indiretti Sistema TN Z s I a U 0 Zs = impedenza del circuito (anello) di guasto che comprende il trasformatore, il conduttore attivo fino al punto di guasto e il conduttore di protezione tra il punto di guasto e la sorgente Ia = corrente che provoca l intervento dell interruttore entro un tempo definito, che dipende dal tipo di circuito e della tensione nominale verso terra. U0 = Tensione nominale del sistema verso terra!27
Protezione dai contatti indiretti Sistema IT R T I d 50 RT = resistenza dell impianto di terra Id = corrente di guasto fra un conduttore di fase e massa!28
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