10.6.10             Selettività delle protezioni

L’articolo 536.1 della Norma CEI 64-8 è dedicato  alla selettività tra dispositivi di protezione contro le sovracorrenti : “Quando più dispositivi di protezione sono posti in serie e quando le necessità di esercizio lo giustificano, le loro caratteristiche di funzionamento devono essere scelte in modo da staccare dall’alimentazione solo la parte dell’impianto in cui si trova il guasto”. In definitiva si dovrà fare in modo che in presenza di un guasto intervenga unicamente il dispositivo di protezione installato immediatamente a monte del punto guasto. Gli altri dispositivi attraversati dalla corrente di guasto dovranno rimanere chiusi e consentire al resto dell’impianto sano di rimanere alimentato. Gli interruttori automatici di bassa tensione sono suddivisi in due categorie fondamentali : interruttori in scatola isolante e interruttori di tipo aperto. Entrambe queste tipologie di dispositivi vengono a loro volta classificate in funzione del tipo di intervento che può essere istantaneo o selettivo. A questo scopo le Norme fanno corrispondere questa classificazione a due categorie di utilizzo, rispettivamente A (istantanei) e B (selettivi). Per meglio orientarsi

tra funzioni e limiti relativi all’impiego degli interruttori selettivi si ritiene utile richiamare alcuni concetti fondamentali riguardanti la selettività. La selettività si ottiene con il coordinamento tra due o più interruttori posti in serie (‘in cascata’) sui diversi circuiti di  un impianto e può essere  amperometrica o  cronometrica.

Fig. 10.25 - Selettività degli interruttori posti in cascata

10.6.11            Selettività amperometrica naturale

Viene ottenuta coordinando opportunamente i valori di corrente nominale della catena di interruttori. In pratica si deve far in modo che la caratteristica di intervento a tempo inverso dell’interruttore posto a monte sia in ogni punto superiore a quella dell’interruttore a valle. E’ in genere sufficiente che tra A e B esistano almeno due grandezze di differenza tra le rispettive correnti nominali(valori maggiori per gli interruttori a monte). La selettività amperometrica è in effetti piuttosto difficile da ottenere ed è generalmente garantita solo per i sovraccarichi e non per i corto circuiti ; il risultato è spesso una selettività parziale.

Fig. 10.26 - Selettività amperometrica fra interruttori  automatici con diverse correnti nominali.

A è selettivo rispetto a B per sovracorrenti non superiori alla sua soglia inferiore di intervento magnetico. Se per esempio I_nA=250 A e I_m1=5xI_nA si ha selettività in sovraccarico fino a 1250 A. 

10.6.12         Selettività amperometrica fra interruttori rapidi e interruttori limitatori (selettività energetica)

Si ottiene installando a monte un interruttore di tipo rapido  con un tempo di prearco dell’ordine di 2-3 ms e a valle  un interruttore limitatore con tempi di prearco di 0,6-1 ms. La selettività si realizza se l’energia specifica di corto circuito lasciata passare  dall’interruttore posto a valle è minore di quella richiesta per azionare lo sganciatore magnetico dell’interruttore posto a monte. E’ un tipo di selettività che deve essere dichiarata dal costruttore che la determina mediante prove di laboratorio ed è in genere possibile fino a prestabiliti valori di corrente presunta di cortocircuito (10-15 kA) sempre indicati dal costruttore.

Fig. 10.27 - Selettività amperometrica tra  interruttori rapidi e interruttori limitatori. E’ indicata dal costruttore che la determina mediante prove. Può essere totale o parziale (cioè fino ad un certo valore di I_cc)

10.6.13             Selettività cronometrica

Si realizza ritardando, con opportuni dispositivi, di 40-300 ms l’intervento in corto circuito dell’interruttore posto a monte per dare il tempo all’interruttore posto a valle di completare l’interruzione. Non esiste incertezza nella selettività di tipo cronometrico ma nel circuito fluisce un’energia  specifica 6-7 volte maggiore di quella lasciata passare da un interruttore senza ritardo. I componenti protetti e l’automatico stesso devono sopportare delle sollecitazioni termiche dovute al cortocircuito molto elevate. E’ per questo motivo che normalmente la selettività cronometrica viene introdotta solamente per i grossi interruttori con correnti nominali superiori a 500-630 A.  

10.6.14           Classificazione e caratteristiche degli interruttori selettivi

La Norma CEI 17-5 classifica gli interruttori in due categorie di utilizzazione.

·       Categoria A - Con questi apparecchi si può ottenere solo la selettività di tipo amperometrico perché non dispongono di dispositivi per il ritardo intenzionale dell’intervento per correnti di corto circuito. Gli interruttori con corrente nominale inferiore a 500-630 A appartengono a questa categoria.

·       Categoria B - Sono interruttori automatici con dispositivo di  ritardo intenzionale. In corto circuito si può ottenere la selettività cronometrica introducendo tempi di ritardo variabili da 0 a 300 ms. I dispositivi di ritardo possono essere di tipo elettromeccanico, nei quali si può regolare solo il tempo di prearco,  o a microprocessore, in cui si possono ottenere regolazioni più complesse. Per questi apparecchi deve essere specificata la corrente nominale di breve durata I_cw.

Dati caratteristici degli interruttori  da considerare per il coordinamento selettivo sono :

·       tempo di prearco t_p - è il tempo che delimita l’istante t₀ di inizio del corto circuito e l’istante t_p in cui i contatti iniziano il movimento di apertura ;

·       tempo d’arco t_a - è il tempo che intercorre tra l’istante t_p in cui i contatti iniziano il movimento di apertura a quello in cui l’arco si estingue ;

·       tempo totale di interruzione t₁=t_p+t_a - è il tempo che si frappone fra l’istante  dell’insorgere del corto circuito e l’istante in cui l’interruzione si completa con l’annullamento della corrente ;

·       energia specifica passante a ritardo nullo - è ricavabile dalla caratteristica I²t/I_cc dell’interruttore;

·       tempo di ritardo introdotto t_r - è il tempo che intercorre dal manifestarsi del corto circuito a quello in cui lo sganciatore riceve il consenso all’inizio dell’operazione di apertura ;

·       tempo totale di prearco t_r+t₀ ;

·       tempo complessivo di interruzione t_r+t₀+t_a ;

·       energia specifica passante nel tempo di ritardo  W_r=I²_cct_r ;

·       energia specifica passante totale W_tot=W_r+W_i .

10.6.15           La regolazione degli sganciatori

La regolazione ideale delle protezioni sarebbe quella che determina l’intervento istantaneo con valori di corrente di poco superiori alla corrente nominale del circuito da proteggere (valore minimo di corrente e tempo di intervento zero). Praticamente una tale regolazione non è possibile perché occorre consentire ai circuiti protetti di superare alcuni funzionamenti transitori caratteristici del tipo di carico alimentato (esempio tipico l’alimentazione di un motore asincrono trifase che assorbe allo spunto una corrente più elevata di quella nominale). Quando è possibile la regolazione dello sganciatore,  la regolazione ideale sarà quella che pone la curva di intervento la più vicina possibile agli assi cartesiani senza però interferire con la curva di corrente caratteristica dei transitori del carico e senza intersecarsi con le curve degli sganciatori posti a valle nel caso si voglia ottenere la selettività verticale delle protezioni. La regolazione dovrà ovviamente tenere conto delle tolleranze stabilite dalle Norme o, quando fossero inferiori a quelle indicate dalle Norme (come nel caso degli sganciatori elettronici), dal costruttore. 

10.6.16    Regolazione degli interruttori selettivi di tipo elettromeccanico

Con questo tipo di interruttori si può ottenere un ritardo, regolabile generalmente a gradini,  fino a 300 ms. Questo  viene generalmente ottenuto agendo su di un dispositivo di tipo meccanico che aumenta l’inerzia del meccanismo di sgancio.

Fig. 10.28 - Regolazione di uno sganciatore elettromeccanico

La massima energia specifica W_tot lasciata passare in corrispondenza di I_cn per il tempo di ritardo t_r massimo deve essere sopportabile dall’interruttore e in particolare dal bimetallo del relè termico che è normalmente la parte più debole di tutto l’apparecchio (per questo motivo, come si è detto, non sono realizzabili interruttori magnetotermici selettivi con correnti nominali basse). Valutando in W l’energia sopportata dal circuito tra l’interruttore selettivo e il primo interruttore  più a valle, il tempo t_r da introdurre si determina con la sequenza di operazioni di seguito indicata (fig. 10.29):

1.     Si determina, mediante il diagramma I²t/I_cc riferito a t_r=0, l’energia specifica passante W₀ riferita alla corrente presunta di corto circuito I_cc nel punto di installazione del componente che si vuole proteggere ;

2.     Si calcola l’energia massima sopportabile dal componente da proteggere ponendo W = (I_cw(1s) )², dove I_cw è la corrente nominale massima ammissibile di breve durata del componente, oppure ponendo W=k²S² se si tratta di un cavo ;

3.     Il tempo massimo che si può introdurre nella regolazione è  .

Per tempi calcolati che risultano inferiori a 100 ms, non essendo disponibile una regolazione più accurata, l’interruttore selettivo di tipo elettromeccanico non può essere utilizzato per la selettività cronometrica.

	1.         Energia specifica sopportabile             (I2cw  x 1s) dall’interruttore di manovra:	W=(4000)2 x 1 = 16 000 000 A2s
	2.       Energia specifica lasciata passare dall’interruttore per         Icc=10000 A :	W0=4 x 106=4 000 000 A2s
	3.       Tempo di ritardo massimo ammissibile:
	4.       Regolazione da impostare :	t=100ms

Fig. 10.29 - Esempio di regolazione e verifica dell’iquadratoti di uno sganciatore elettromeccanico

continua....

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