Condizioni di guasto per impianti elettrici a tensione o ... · corrente pari a (6÷8) volte quella...

Present.

prof. ing. Maurizio Fauri

Condizioni di guasto per impianti elettrici

a tensione o corrente costante

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Corrente Nominale: valore di corrente tollerata dalla conduttura

o dalla rete in condizioni di funzionamento normali

Condizione di Sovracorrente: funzionamento con livelli di

corrente superiori al valore nominale

Sovraccarico: circuito elettricamente sano interessato da una

corrente pari a (6÷8) volte quella nominale (corrente di spunto di un

motore elettrico, linea con corrente superiore alla propria portata);

sollecitazioni termiche

Corto Circuito: sovracorrente dovuto ad una perdita di isolamento

che comporta intensità di corrente molto elevate (contatto tra due parti

del circuito a diversa tensione)

sollecitazioni termiche,

sollecitazioni meccaniche

archi elettrici

Introduzione

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

I b I n I z

Condizioni di funzionamento normali

protezioneAppar. di

Conduttura Utilizzatore

I = corrente di impiegob

I = corrente nominaleno di regolazionedel dispositivodi protezione

I = portata dellazcondutturain regimepermanente

della conduttura

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Tutte le correnti provocate da una sovracorrente (sovraccarico o

corto circuito) devono essere interrotte in un tempo non superiore

a quello che riscalda i conduttori alla temperatura limite ammissibile

Effetto termico

t0

Tamb

Tnom

T

Regime normale

Sovracorrente

t1 t2

Tlimite

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

FlI

1I

2

2 d

Sollecitazione termica: il surriscaldamento è dovuto ad una corrente

molto intensa ma di breve durata pertanto nel bilancio termico si può

considerare nullo

lo scambio di calore

con l’esterno;

integrale di Joule = energia specifica che il dispositivo di protezione lascia

fluire nel tempo di intervento

K2S2 = energia specifica massima sopportabile dal cavo prima che la sua

temperatura superi quella massima prevista dalle norme

Sforzi elettrodinamici: forze elettrodinamiche

di repulsione o di attrazione causate dalle

azioni elettrodinamiche nei conduttori

percorsi da correnti.

0

t i

i2

dt K2S

2

Effetto delle sovracorrenti

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

In prima approssimazione, per sovracorrenti di durata non superiore a

5 s, il tempo limite t [s] per portare i conduttori alla temperatura

limite è:

2

22

I

Skt

S sezione del conduttore [mm2]

I corrente effettiva di corto circuito [A]

k 115 per cond. in rame isolati in PVC

135 per cond. in rame isolati in gomma butilica

143 per cond. in rame isolati in EPR o XLPE

74 per cond. in alluminio isolati in PVC

87 per cond. in alluminio isolati in gomma

115 per giunzioni saldate a stagno tra cond. in rame (160 °C)

Effetto termico

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Dispositivi che assicurano la protezione sia contro i sovraccarichi sia

contro i corto circuiti

- Interruttori automatici provvisti di sganciatori di corrente

- Interruttori combinati con fusibili

- Fusibili

Dispositivi che assicurano solo la protezione contro i sovraccarichi

- Dispositivi con caratteristica generalmente a tempo inverso il cuipotere di interruzione può essere inferiore alla corrente di cortocircuito

Dispositivi che assicurano solo la protezione contro i corto circuiti

- Interruttori automatici con sganciatori di sovracorrente

- Fusibili di tipo gG od aM

Dispositivi di protezione

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Protezione magnetotermica

t

II n

Protezione

magneticaProtezione

termica

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

1 Leva di comando

2 Meccanismo di scatto

3 Contatti di interruzione

4 Morsetti di collegamento

5 Lamina bimetallica (rilevamento sovraccarichi)

6 Vite per la regolazione della sensibilità

7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti)

8 Sistema di estinzione d'arco

Protezione magnetotermica

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

La scelta dei dispositivi

di protezione deve tener

conto delle correnti

di corto circuito

massime e minime

Protezione magnetotermica

t

II n Icc min Icc max

Icc minIcc max

I2 t

I

I n Icc min Icc max

Cavo B

Cavo A

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

In

t

I

I M

Fusibile

Interruttore

Negli impianti in bassa tensione vengono spesso utilizzate protezioni di

massima corrente in cascata.

Nel caso di interruttore automatico magneto-termico e fusibili, la

protezione contro sovracorrenti è assicurata dall'interruttore automatico

nell'intervallo di correnti (In IM)

mentre il fusibile

interviene per

correnti di valore

maggiore di IM

Protezione di massima corrente in cascata

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Protezioni di massima corrente in cascata con interruttori automatici a

diverso potere di interruzione

InB

t

I

I M

Interruttore B

Interruttore AA

B B B

InA

t 2

t 1

L'interruttore

generale A ha una

caratteristica di

intervento superiore

a quella della

generica protezione

derivata B

Protezione di massima corrente in cascata

L'interruttore B interviene più

tempestivamente dell'interruttore A, e quindi

per I < IM viene disalimentato soltanto il

carico interessato dal guasto (selettività)

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Università degli Studi di Trento

Interruzione di un circuito puramente resistivo

Apertura

Reinnesco

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Università degli Studi di Trento

A tensione costante

RS

T

N

RS

T

MT / BT

Sistemi di alimentazione

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Università degli Studi di Trento

Inserzione diretta

Linea secondaria

Inserzioneindiretta

Trasformatoreautoregolatore

A corrente costante

Sistemi di alimentazione

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Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

A tensione

costante

A corrente

costante V

I

Ri

V0

I

1

2

IRRi

V

J

JA

B

+

V R

I

+

I

V

E

E

R AC

B

+

i

I cc

R Ii

VV

1

2

V = E - R Ii

R

I

Sistemi di alimentazione

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

(1.500 Vmax – 9,6 A)

I sistemi di alimentazione a corrente

costante sono normalmente realizzati

mediante dei generatori a tensione

variabile

Sistemi di alimentazione a corrente costante

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

(1.500 Vmax – 9,6 A)

Icc max

Massima correntedi corto circuito

Icc min

Minima correntedi corto circuito

In

t

I

I M

Fusibile

InterruttoreProtezione mediante corto circuito dell’alimentazione

Protezione mediante apertura dell’alimentazione

Sistemi di alimentazione a corrente costante

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Sistema d’alimentazione degli impianti a corrente costante con

convertitore statico di corrente (schema attuale) delle cabine di

illuminazione pubblica del Comune di Padova

1.500 Vmax – 9,6 A

1.500 Vmax – 9,6 A

1.500 Vmax – 9,6 A

1.500 Vmax – 9,6 A

10/20 kV400 V

3.000 V

9,6 A

In

t

I

I M

Fusibile

Interruttore

In

t

I

I M

Fusibile

Interruttore

In

t

I

I M

Fusibile

Interruttore

Sistemi di alimentazione a corrente costante

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Schema elettrico di principio dell’alimentatore statico a corrente

costante

Circuito serie

da rete 400 V

I = cost

L

C

Alimentazione

Sistemi di alimentazione a corrente costante

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Convertitori statici

Sistemi di alimentazione a corrente costante

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Gli impianti fotovoltaici sono da considerarsi sistemi di alimentazione a

corrente costante

Impianti fotovoltaici (a corrente costante)

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Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Caratteristica tensione-corrente di un modulo fotovoltaico al variare

dell’intensità di insolazione

Impianti fotovoltaici (a corrente costante)

700 W/m2

1000 W/m2

900 W/m2

800 W/m2

500 W/m2

600 W/m2

Corrente

Tensione

ICC

VO

Zona di lavoro(MPP)

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Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Sperimentazione sull’impianto FV di Marco (Rovereto) dei VV.F.

Impianti fotovoltaici (a corrente costante)

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Interruzione dell’arco elettrico mediante corto circuito dell’alimentazione

Impianti fotovoltaici (a corrente costante)

prof. ing. Maurizio Fauri

Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica

Università degli Studi di Trento

Interruzione dell’alimentazione mediante apertura del circuito

Impianti fotovoltaici (a corrente costante)