10.6.17         La regolazione degli interruttori selettivi a microprocessore

In questi dispositivi lo sgancio è ottenuto per mezzo di un elettromagnete controllato da un elaboratore a microprocessore che elabora i segnali ricevuti dai trasformatori di corrente inseriti di solito nell’interruttore. In base a questi segnali e alle regolazioni impostate l’elaboratore invia il comando di sgancio all’elettromagnete. Mancando il bimetallo, che come si è detto costituisce un punto termicamente debole, si possono ottenere valori più alti della corrente di breve durata  ammissibile che fluisce nell’interruttore nel tempo di ritardo impostato e si può variare, entro ampi limiti, l’intera caratteristica di intervento. A differenza del tipo elettromeccanico si possono impostare liberamente e con continuità i tempi di ritardo per ottenere la selettività cronometrica. In alcuni modelli dell’ultima generazione è possibile variare i tempi in misura inversa al quadrato della corrente di corto circuito raggiungendo la selettività con A²s costanti. L’apparecchio è in questo modo autoprotetto perché quando l’energia specifica passante non è più sopportabile l’apparecchio interviene rinunciando se necessario alla selettività. L’autoprotezione dall’energia specifica passante e l’aumentata corrente ammissibile di breve durata hanno permesso di ottenere interruttori selettivi di dimensioni contenute e con correnti nominali più basse dell’ordine dei 500A.

Fig. 10.30 - Regolazione di uno sganciatore a microprocessore

Con certi interruttori elettronici, pilotati a volte anche con trasformatori di corrente esterni, è possibile ottenere la cosiddetta selettività logica o di zona. I microprocessori, collegati tra di loro da un filo di connessione, sono in continua comunicazione tra di loro e ogni interruttore che rileva un guasto lo comunica a quelli immediatamente a monte che imposteranno automaticamente il tempo di ritardo sufficiente a far intervenire istantaneamente, e quindi selettivamente, l’interruttore che ha rilevato il guasto.

Fig. 10.31  - Selettività logica pilotata o di zona

10.6.18        Protezione di sostegno (back-up)

Se  un interruttore automatico presenta un potere d’interruzione inferiore alla corrente presunta di corto circuito nel punto d’installazione è possibile intervenire associando ad esso una protezione di sostegno di tipo limitatore opportunamente coordinata .

Fig. 10.32 -  Protezione di sostegno (back-up) . In caso di guasto in C i due interruttori, installati in serie, interagiscono tra di loro comportandosi  come un’unica unità con due interruzioni poste in serie che interrompono il circuito.

In caso di guasto a valle dell’interruttore con potere di corto circuito minore della corrente di corto circuito presunta in quel punto i due interruttori disposti in serie tra di loro intervengono simultaneamente per un valore di corrente (corrente di scambio) superiore ad una prefissata soglia. Tutto ciò conferisce all’insieme e quindi anche all’interruttore a valle un potere di interruzione superiore a quello che lo stesso potrebbe garantire da solo. Ovviamente un tal sistema non permettere di ottenere la selettività tra i dispositivi ma permettere di risolvere altre problematiche come ad esempio :

·       diminuire l’ingombro delle apparecchiature elettriche ;

·       interventi su impianti esistenti  anche se non più idonei alle nuove correnti di corto circuito ;

·       risparmio economico sul dimensionamento dei componenti dell’impianto.

Fig. 10.33 - Back-up - corrente di scambio

In definitiva la protezione di sostegno è applicabile quando non esistono esigenze di selettività  e consente di proteggere impianti sottodimensionati rispetto alla corrente di guasto presunta ottenendo un sensibile risparmio nel dimensionamento degli interruttori a valle. Per ottenere la protezione di sostegno sono necessarie alcune condizioni fondamentali :

·       l’interruttore a monte deve avere un potere d’interruzione almeno pari alla corrente di corto circuito presunta nel punto di installazione dell’interruttore a valle ;

·       la corrente di corto circuito e l’energia specifica lasciata passare dall’interruttore a monte non devono danneggiare l’interruttore a valle  e le condutture;

·       i due interruttori devono essere effettivamente in serie in modo da essere percorsi dalla stessa corrente in caso di guasto.

Le combinazioni adatte per questo tipo di protezione devono in ogni caso essere scelte in base a indicazioni fornite dal costruttore che deve verificare l’efficienza dell’intero complesso mediante prove pratiche. Il potere d’interruzione dell’insieme non può infatti essere calcolato teoricamente ma può essere definito soltanto mediante prove dirette eseguite in laboratori altamente qualificati. Per questo motivo il complesso di interruttori da impiegare per la protezione di sostegno non può esse composto da apparecchiature fornite da costruttori diversi che in tal caso non ne garantirebbero l’idoneità.  

10.6.19           Criteri di scelta di scelta di un interruttore automatico

Prima di procedere alla definizione dei criteri di scelta dell’interruttore è necessario  fare alcune considerazioni a proposito di sovraccarichi e cortocircuiti.

10.6.20        L’intervento automatico  su sovraccarico e cortocircuito

·       Sovraccarico - L’interruttore non è in grado di distinguere un sovraccarico da una corrente di guasto a terra o da un corto circuito ad elevata impedenza. Sotto l’aspetto dell’intervento automatico un sovraccarico è perciò da intendersi come una sovracorrente che non è in grado di determinare l’intervento dello sganciatore elettromagnetico. Abbiamo visto in precedenza le caratteristiche di intervento degli interruttori automatici ; individuiamo ora  le quattro correnti tipiche che caratterizzano lo sganciatore termico (fig. 10.34).

Fig. 10.34 - Caratteristica d’intervento di un interruttore automatico

I_n, I_nf, I¹_m, I²_m sono i valori di corrente che caratterizzano l’attitudine dell’interruttore alla corretta protezione da sovracorrenti di modesta entità.

·       Cortocircuito - L’interruttore automatico deve poter intervenire correttamente fino al proprio potere d’interruzione estremo I_cu riferito alla sua tensione d’impiego U_e . Il potere d’interruzione di servizio  I_cs è normalmente inferiore a quello estremo in modo che sia possibile mantenere in esercizio l’interruttore anche dopo un primo cortocircuito. Oltre a questo l’interruttore deve garantire anche la limitazione delle sollecitazioni da cortocircuito. La limitazione dipende fondamentalmente dai tempi d’interruzione. La somma del tempo di pre-arco ( tempo che intercorre tra l’insorgere del guasto e il distacco dei contatti) e di quello d’arco (tempo necessario ad  estinguere l’arco). Il tempo di pre-arco è fondamentale ai fini della limitazione  delle sollecitazioni elettrodinamiche di cortocircuito in quanto la corrente  di picco limitata si mantiene a valori inferiori rispetto a quella normale di cortocircuito (fig. 10.17). Quando il tempo di pre-arco è inferiore a 1 ms si può parlare di interruttori limitatori, se invece il tempo è compreso tra 1 e 4 ms allora sono detti di tipo rapido. Il tempo di pre-arco influisce anche sulla limitazione dell’energia specifica di cortocircuito (I²t - integrale di joule) che è importante per valutare l’attitudine dell’interruttore alla protezione contro le sollecitazioni termiche (la caratteristica di limitazione è rilevabile dal grafico della fig. 10.35). In corrispondenza dell’intervento termico la caratteristica della curva di limitazione è irregolare in prossimità della corrente I_m di intervento magnetico e non è significativo per correnti fino a 3I_n (che corrispondono a tempi di interruzione di circa 3-5 s). Superata la corrente I_m, individuabile sul diagramma dal tratto verticale, il tempo d’interruzione è praticamente costante e l’energia specifica passante aumenta all’incirca in funzione del quadrato della corrente di cortocircuito effettivamente interrotta. Questa caratteristica I²t/I_cc è necessaria, come vedremo in altro capitolo, per la corretta verifica della protezione dei cavi e per valutare il comportamento selettivo tra interruttori installati in cascata.

Fig. 10.35 - Caratteristica I²t/I_cc- protezione dei conduttori dal corto circuito

10.6.21          Scelta della corrente nominale

La corrente nominale I_n deve essere compresa tra il valore della corrente d’impiego I_B e il valore della massima corrente termica I_th del circuito da proteggere che, a seconda dei casi,  può essere o la portata massima dei cavi I_Z o la corrente nominale I_n di apparecchi come gli interruttori di manovra. La corrente nominale ovviamente è relativa alla condizione di non intervento dello sganciatore termico quando la temperatura ambiente è uguale a quella di riferimento indicata dal costruttore. Se la temperatura ambiente è maggiore, ad esempio le temperature che si hanno all’interno dei quadri elettrici, occorre considerare la riduzione della corrente di non intervento e praticare il necessario declassamento dell’interruttore  basandosi su grafici (indicativamente vedere la fig. 10.36) e le tabelle messe a disposizione dai costruttori e che permettono di determinare la corrente nominale dell’interruttore  automatico alla nuova temperatura ambiente.

Fig. 10.36 - Riduzione della corrente di non intervento di un interruttore magnetotermico all’aumentare della temperatura (un interruttore automatico con I_n 10A alla temperatura di 60 °C  deve subire una riduzione a 8,9 A).

10.6.22       Scelta delle caratteristiche di limitazione delle sollecitazioni di cortocircuito

La corretta protezione dalle sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche di cortocircuito può essere attuata solo se l’interruttore presenta caratteristiche di limitazione dell’energia specifica passante adeguate. Un cavo risulta completamente protetto quando l’energia specifica, A²s non supera il valore K²S² dove S è la sezione in mm² e K un coefficiente che varia da 115 a 143 a seconda del tipo di isolante. In figura 10.35 sono indicati i limiti A e B della corrente di cortocircuito entro i quali il cavo è adeguatamente protetto; si ricorda (in un prossimo capitolo l’argomento verrà adeguatamente approfondito) che il valore inferiore, corrente di cortocircuito minima I_ccm, ha in genere senso solo nel caso di linee lunghe. Gli altri componenti risultano correttamente protetti se gli A²s lasciati passare dall’interruttore non superano la corrente nominale massima ammissibile per la durata di 1 secondo I²_{cw (1s)}. La protezione contro gli effetti elettrodinamici si ha quando la corrente di picco limitata I_pl non supera quella massima ammissibile dal componente. Per questa verifica occorre disporre della caratteristica I_pl/I_p (fig. 10.37).

Fig. 10.37 - Caratteristica I_pl/I_p

Non disponendo di questa caratteristica ma solo del potere di chiusura I_cm si dovrà verificare che i componenti sopportino delle correnti di picco non inferiori a questo valore (I_cm - massimo valore istantaneo di corrente che l’interruttore è in grado di aprire senza danneggiarsi).                                                                      

continua....

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