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ITI “A. Malignani” Udine - Elettrotecnica & automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI REALIZZAZIONE: Appunti dei corsi di Impianti Elettrici e TDP, tenuti dal professor Rizzi Enzo, nelle classi quarte e quinte sezioni C , specializzazione “Elettrotecnica & Automazione” dell’istituto tecnico industriale “A. Malignani” di Udine, a. s. 2004/2005. Presentazione e finalità del lavoro svolto. 1

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI

REALIZZAZIONE

Appunti dei corsi di Impianti Elettrici e TDP tenuti dal professor Rizzi Enzo nelleclassi quarte e quinte sezioni C specializzazione ldquoElettrotecnica amp Automazionerdquodellrsquoistituto tecnico industriale ldquoA Malignanirdquo di Udine a s 20042005

Presentazione e finalitagrave del lavoro svolto1

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Con questa dispensa si vuole facilitare il lavoro di progettazione dei circuiti didistribuzione interna negli impianti elettrici gestiti in bassa tensione a partire dallacabina di distribuzione e del quadro generale (Power Center) ed egrave rivolto agli allievidelle classi quarte e quinte dellrsquoITI A Malignani di Udine della specializzazioneElettrotecnica ed Automazione

Dopo aver suggerito il criterio principe per la scelta delle sezioni dei cavi posati inaria libera od interrati quello della tenuta termica (STSO) ed aver consigliato laverifica alla caduta di tensione utilizzando il metodo industriale si presenta unaguida articolata per punti sulla scelta dellrsquointerruttore automatico magnetotermicocome elemento di manovra e di protezione dei cavi dalle sovracorrenti

Definite le caratteristiche del quadro principale e dei sottoquadri si suggeriscono icriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in un impianto di bassatensione con distribuzione di tipo radiale

Si riportano le caratteristiche degli interruttori per usi domestici o similari noncheacutedelle valvole fusibili e la corretta suddivisione per forma costruttiva di tutti gliinterruttori disponibili in bassa media e alta tensione

Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che caratterizzano itrasformatori da distribuzione sia quelli isolati e raffreddati in olio che quelliincapsulati in resina

Schemi elettrici in rappresentazione unificare curve drsquointervento dei dispositivi diprotezione e curve degli integrali di Joule in funzione delle correnti di corto circuitocompletano le informazioni per ottimizzare il processo di progettazione del sistemasemplici applicazioni numeriche di complemento esemplificano le procedure

I contenuti sono stati raccolti in dispensa dagli allievi che frequentano i corsidrsquoimpianti elettrici e TDP tenuti dal professor Rizzi Enzo

CONTENUTI DELLA DISPENSA

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Indice degli argomenti

Pagina 1Processo di dimensionamento alla tenuta termica per cavi in bassa tensione posati inaria o interrati formule consigliate e metodo STSO (sollecitazione termica servizioordinario)

Pagine1-2Verifica della sezione utilizzata con il criterio della caduta di tensione industriale

Pagine 2-9Processo per punti della definizione delle caratteristiche degli interruttori automaticimagnetotermici posti a protezione dei cavi

Pagine 9-11Struttura del Power Center quadro principale o PC definizione e caratteristiche deicomponenti in esso contenuto

Pagine 11-12Quadri di zona e sottoquadri struttura e scelta componenti

Pagine 13-14Caratteristiche tecniche degli interruttori magnetotermici per usi domestici e similaritipo System Pro M

Pagine 15-16Caratteristiche dei fusibili curve drsquointervento integrale di Joule e di limitazionedelle correnti di cresta di corto circuito

Pagina 16Criteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in un impianto di bassatensione con distribuzione di tipo radiale

Pagine 16-17Tabella riassuntiva sulle tipologie costruttive degli interruttori e relative portate(calibri nominali) in alta in media e in bassa tensione

Impianti elettrici

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Approfondimento per la scelta rapida e corretta degli interruttori di manovra eprotezione di cavi gestiti in bassa tensione cioegrave al disotto di 1000 V di tensionenominale Preliminare alla scelta dellrsquointerruttore risulta il processo di dimensionamento delcavo (scelta della sua sezione con il criterio della tenuta termica tabella della SACEo tabelle del tuo libro) che parte dalla conoscenza della corrente di impiego Ib cioegravedella corrente effettiva che attraversa il cavo in quelle condizioni di funzionamentocalcolata a partire dalla potenza assorbita dal carico ipoteticamente alimentato dal

cavo con la formula ϕsdotsdot

=cos3 V

PassIb oppure puograve essere giagrave nota si ricorda

che comunque va confrontata con la Izrsquo cioegrave con la portata del cavo corretta dai duefattori K1 (dipendente dalla temperatura ambiente per 30deg C K1=1) K2 (dipendentedalla vicinanza di altri cavi) Izrsquo = K1middotK2middotIz cosigrave calcolata deve risultare maggioredella Ib altrimenti il cavo funziona sempre in condizioni di sovraccarico con gravepregiudizio sulla sua durata Esempio Ib=94A S=35mmsup2 Iz=130A Izrsquo=K1∙K2∙Iz = 085∙085∙130 = 9395A non va benepercheacute piugrave piccola della Ib bisogna passare alla sezione successiva S=50mmsup2

Effettuare la verifica della caduta di tensione con la relazione industriale cioegraveapprossimata

)cos(3 ϕ+ϕsdotsdot=∆ XsenRIV b

Dove V egrave la caduta di tensione concatenata si puograve calcolare il suo valorepercentuale

100 sdot∆=∆VVV

Che secondo le norme 64-8 deve per tutti gli impianti risultare minore del plusmn 4 Ib = corrente di impiego R = resistenza della conduttura calcolabile con la formula

SKLR sdotsdotρ= [ Ω ]

Con K=12 oppure con il valore r = ohmKm della resistenza per chilometro R = r ∙L [ Ω ]

X = reattanza induttiva per cavi si ricava da tabelle con il valore dellrsquoinduttanza perchilometro l=mHKm

X=l∙2∙ π ∙f∙L [ Ω ]

cosφ = coseno dellrsquoangolo che caratterizza il caricoSe la sezione prescelta non soddisfa la condizione si possono proporre duesoluzioni

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A) Rifasare la linea ponendo in parallelo sul carico una terna di capacitagrave collegatetra di loro a triangolo di potenzialitagrave opportuna cosigrave facendo riduco il valore dellaIb e modifico il cos φ che comporta una riduzione della ∆VB) Cambiare la sezione del conduttore prendendo quella che segue tra lecommerciali disponibili modificando cosigrave R ed X e quindi ∆V

Se possibile non gestire lrsquoimpianto con un angolo φ = arctgXR poicheacute questo egravelrsquoangolo a cui corrisponde la caduta di tensione massima ma ad un angolo inferiore aquesto φ lt φ0

Processo per punti per la definizione completa delle caratteristiche dellrsquointerruttore

1) Scelta modalitagrave costruttiva modulari da 10 a 125A scatolati da 160 a 1200Aaperti da 800 a 6000A che risulta naturalmente dipendente dalla corrente IbTra gli scatolati e gli aperti esistono anche le soluzioni ad alto potere di apertura elimitatori di corrente i primi si impiegano quando nel punto di inserzionedellrsquointerruttore le correnti di corto circuito come valore massimo risultanoconsistenti i secondi quando si vuole limitare le correnti di cresta di corto circuito eil conseguente effetto elettrodinamico sui componenti (condotti sbarre eavvolgimenti di macchine) a monte del punto di corto

2) Numero dei poli dellrsquointerruttore unipolare bipolare tripolare quadripolareI primi solo per impianti monofase di limitata potenzaLe tipologie multipolari per gli impianti di potenza monofase e trifase senza neutrooppure con il neutro

3) Definizione della tensione di riferimento per lrsquoisolamento dellrsquoapparecchiaturache dipende dalla tensione di rete ad esempio per rete trifase a 400V i costruttorisuggeriscono 690V

4) Calibro o portata nominale chiamata anche corrente ininterrotta nominale inrapporto alla Ib ed alla Izrsquo = portata del cavo e ai valori costruttivi disponibilisecondo le modalitagrave costruttiveEsempio Ib = 320A Izrsquo = 450A il calibro potragrave essere 500A quindi un valore piugravegrande ma prossimo alle correnti Ib e Izrsquo

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5) Scelta del potere di interruzione o di apertura questo elemento deve risultaremaggiore della ipotetica corrente di cortocircuito massima cioegrave quella determinatada guasto trifase netto nel punto di inserzione dellrsquointerruttoreCome valutare questa corrente di cortocircuito che chiameremo IccAChiedere allrsquoente fornitore ENEL misurarlo (con strumenti adatti) oppure calcolareil valore facendo riferimento al circuito equivalente sotto corto e applicando ilteorema di Thevenin Per un circuito semplice e con un trasformatore soltanto

si puograve valutare la IccA tenendo conto solo delle caratteristiche dellrsquo elemento a montecioegrave dellrsquo impedenza del trasformatore

SnVVccZe

sdotsdot

=100

2

20 [ Ω ]

SnVPcc

sdotsdot

=100

Re

2

20 [ Ω ]

22 Re minus= ZeXe [ Ω ]

Cosigrave possiamo calcolare con la legge di Ohm la

320

ZeVIcc

A sdot=

valore della corrente permanente di cortocircuitoIl potere di apertura deve essere maggiore della IccA Pi gt IccA

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

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Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 2: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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Con questa dispensa si vuole facilitare il lavoro di progettazione dei circuiti didistribuzione interna negli impianti elettrici gestiti in bassa tensione a partire dallacabina di distribuzione e del quadro generale (Power Center) ed egrave rivolto agli allievidelle classi quarte e quinte dellrsquoITI A Malignani di Udine della specializzazioneElettrotecnica ed Automazione

Dopo aver suggerito il criterio principe per la scelta delle sezioni dei cavi posati inaria libera od interrati quello della tenuta termica (STSO) ed aver consigliato laverifica alla caduta di tensione utilizzando il metodo industriale si presenta unaguida articolata per punti sulla scelta dellrsquointerruttore automatico magnetotermicocome elemento di manovra e di protezione dei cavi dalle sovracorrenti

Definite le caratteristiche del quadro principale e dei sottoquadri si suggeriscono icriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in un impianto di bassatensione con distribuzione di tipo radiale

Si riportano le caratteristiche degli interruttori per usi domestici o similari noncheacutedelle valvole fusibili e la corretta suddivisione per forma costruttiva di tutti gliinterruttori disponibili in bassa media e alta tensione

Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che caratterizzano itrasformatori da distribuzione sia quelli isolati e raffreddati in olio che quelliincapsulati in resina

Schemi elettrici in rappresentazione unificare curve drsquointervento dei dispositivi diprotezione e curve degli integrali di Joule in funzione delle correnti di corto circuitocompletano le informazioni per ottimizzare il processo di progettazione del sistemasemplici applicazioni numeriche di complemento esemplificano le procedure

I contenuti sono stati raccolti in dispensa dagli allievi che frequentano i corsidrsquoimpianti elettrici e TDP tenuti dal professor Rizzi Enzo

CONTENUTI DELLA DISPENSA

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Indice degli argomenti

Pagina 1Processo di dimensionamento alla tenuta termica per cavi in bassa tensione posati inaria o interrati formule consigliate e metodo STSO (sollecitazione termica servizioordinario)

Pagine1-2Verifica della sezione utilizzata con il criterio della caduta di tensione industriale

Pagine 2-9Processo per punti della definizione delle caratteristiche degli interruttori automaticimagnetotermici posti a protezione dei cavi

Pagine 9-11Struttura del Power Center quadro principale o PC definizione e caratteristiche deicomponenti in esso contenuto

Pagine 11-12Quadri di zona e sottoquadri struttura e scelta componenti

Pagine 13-14Caratteristiche tecniche degli interruttori magnetotermici per usi domestici e similaritipo System Pro M

Pagine 15-16Caratteristiche dei fusibili curve drsquointervento integrale di Joule e di limitazionedelle correnti di cresta di corto circuito

Pagina 16Criteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in un impianto di bassatensione con distribuzione di tipo radiale

Pagine 16-17Tabella riassuntiva sulle tipologie costruttive degli interruttori e relative portate(calibri nominali) in alta in media e in bassa tensione

Impianti elettrici

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Approfondimento per la scelta rapida e corretta degli interruttori di manovra eprotezione di cavi gestiti in bassa tensione cioegrave al disotto di 1000 V di tensionenominale Preliminare alla scelta dellrsquointerruttore risulta il processo di dimensionamento delcavo (scelta della sua sezione con il criterio della tenuta termica tabella della SACEo tabelle del tuo libro) che parte dalla conoscenza della corrente di impiego Ib cioegravedella corrente effettiva che attraversa il cavo in quelle condizioni di funzionamentocalcolata a partire dalla potenza assorbita dal carico ipoteticamente alimentato dal

cavo con la formula ϕsdotsdot

=cos3 V

PassIb oppure puograve essere giagrave nota si ricorda

che comunque va confrontata con la Izrsquo cioegrave con la portata del cavo corretta dai duefattori K1 (dipendente dalla temperatura ambiente per 30deg C K1=1) K2 (dipendentedalla vicinanza di altri cavi) Izrsquo = K1middotK2middotIz cosigrave calcolata deve risultare maggioredella Ib altrimenti il cavo funziona sempre in condizioni di sovraccarico con gravepregiudizio sulla sua durata Esempio Ib=94A S=35mmsup2 Iz=130A Izrsquo=K1∙K2∙Iz = 085∙085∙130 = 9395A non va benepercheacute piugrave piccola della Ib bisogna passare alla sezione successiva S=50mmsup2

Effettuare la verifica della caduta di tensione con la relazione industriale cioegraveapprossimata

)cos(3 ϕ+ϕsdotsdot=∆ XsenRIV b

Dove V egrave la caduta di tensione concatenata si puograve calcolare il suo valorepercentuale

100 sdot∆=∆VVV

Che secondo le norme 64-8 deve per tutti gli impianti risultare minore del plusmn 4 Ib = corrente di impiego R = resistenza della conduttura calcolabile con la formula

SKLR sdotsdotρ= [ Ω ]

Con K=12 oppure con il valore r = ohmKm della resistenza per chilometro R = r ∙L [ Ω ]

X = reattanza induttiva per cavi si ricava da tabelle con il valore dellrsquoinduttanza perchilometro l=mHKm

X=l∙2∙ π ∙f∙L [ Ω ]

cosφ = coseno dellrsquoangolo che caratterizza il caricoSe la sezione prescelta non soddisfa la condizione si possono proporre duesoluzioni

4

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A) Rifasare la linea ponendo in parallelo sul carico una terna di capacitagrave collegatetra di loro a triangolo di potenzialitagrave opportuna cosigrave facendo riduco il valore dellaIb e modifico il cos φ che comporta una riduzione della ∆VB) Cambiare la sezione del conduttore prendendo quella che segue tra lecommerciali disponibili modificando cosigrave R ed X e quindi ∆V

Se possibile non gestire lrsquoimpianto con un angolo φ = arctgXR poicheacute questo egravelrsquoangolo a cui corrisponde la caduta di tensione massima ma ad un angolo inferiore aquesto φ lt φ0

Processo per punti per la definizione completa delle caratteristiche dellrsquointerruttore

1) Scelta modalitagrave costruttiva modulari da 10 a 125A scatolati da 160 a 1200Aaperti da 800 a 6000A che risulta naturalmente dipendente dalla corrente IbTra gli scatolati e gli aperti esistono anche le soluzioni ad alto potere di apertura elimitatori di corrente i primi si impiegano quando nel punto di inserzionedellrsquointerruttore le correnti di corto circuito come valore massimo risultanoconsistenti i secondi quando si vuole limitare le correnti di cresta di corto circuito eil conseguente effetto elettrodinamico sui componenti (condotti sbarre eavvolgimenti di macchine) a monte del punto di corto

2) Numero dei poli dellrsquointerruttore unipolare bipolare tripolare quadripolareI primi solo per impianti monofase di limitata potenzaLe tipologie multipolari per gli impianti di potenza monofase e trifase senza neutrooppure con il neutro

3) Definizione della tensione di riferimento per lrsquoisolamento dellrsquoapparecchiaturache dipende dalla tensione di rete ad esempio per rete trifase a 400V i costruttorisuggeriscono 690V

4) Calibro o portata nominale chiamata anche corrente ininterrotta nominale inrapporto alla Ib ed alla Izrsquo = portata del cavo e ai valori costruttivi disponibilisecondo le modalitagrave costruttiveEsempio Ib = 320A Izrsquo = 450A il calibro potragrave essere 500A quindi un valore piugravegrande ma prossimo alle correnti Ib e Izrsquo

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5) Scelta del potere di interruzione o di apertura questo elemento deve risultaremaggiore della ipotetica corrente di cortocircuito massima cioegrave quella determinatada guasto trifase netto nel punto di inserzione dellrsquointerruttoreCome valutare questa corrente di cortocircuito che chiameremo IccAChiedere allrsquoente fornitore ENEL misurarlo (con strumenti adatti) oppure calcolareil valore facendo riferimento al circuito equivalente sotto corto e applicando ilteorema di Thevenin Per un circuito semplice e con un trasformatore soltanto

si puograve valutare la IccA tenendo conto solo delle caratteristiche dellrsquo elemento a montecioegrave dellrsquo impedenza del trasformatore

SnVVccZe

sdotsdot

=100

2

20 [ Ω ]

SnVPcc

sdotsdot

=100

Re

2

20 [ Ω ]

22 Re minus= ZeXe [ Ω ]

Cosigrave possiamo calcolare con la legge di Ohm la

320

ZeVIcc

A sdot=

valore della corrente permanente di cortocircuitoIl potere di apertura deve essere maggiore della IccA Pi gt IccA

6

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

8

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 3: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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Indice degli argomenti

Pagina 1Processo di dimensionamento alla tenuta termica per cavi in bassa tensione posati inaria o interrati formule consigliate e metodo STSO (sollecitazione termica servizioordinario)

Pagine1-2Verifica della sezione utilizzata con il criterio della caduta di tensione industriale

Pagine 2-9Processo per punti della definizione delle caratteristiche degli interruttori automaticimagnetotermici posti a protezione dei cavi

Pagine 9-11Struttura del Power Center quadro principale o PC definizione e caratteristiche deicomponenti in esso contenuto

Pagine 11-12Quadri di zona e sottoquadri struttura e scelta componenti

Pagine 13-14Caratteristiche tecniche degli interruttori magnetotermici per usi domestici e similaritipo System Pro M

Pagine 15-16Caratteristiche dei fusibili curve drsquointervento integrale di Joule e di limitazionedelle correnti di cresta di corto circuito

Pagina 16Criteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in un impianto di bassatensione con distribuzione di tipo radiale

Pagine 16-17Tabella riassuntiva sulle tipologie costruttive degli interruttori e relative portate(calibri nominali) in alta in media e in bassa tensione

Impianti elettrici

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Approfondimento per la scelta rapida e corretta degli interruttori di manovra eprotezione di cavi gestiti in bassa tensione cioegrave al disotto di 1000 V di tensionenominale Preliminare alla scelta dellrsquointerruttore risulta il processo di dimensionamento delcavo (scelta della sua sezione con il criterio della tenuta termica tabella della SACEo tabelle del tuo libro) che parte dalla conoscenza della corrente di impiego Ib cioegravedella corrente effettiva che attraversa il cavo in quelle condizioni di funzionamentocalcolata a partire dalla potenza assorbita dal carico ipoteticamente alimentato dal

cavo con la formula ϕsdotsdot

=cos3 V

PassIb oppure puograve essere giagrave nota si ricorda

che comunque va confrontata con la Izrsquo cioegrave con la portata del cavo corretta dai duefattori K1 (dipendente dalla temperatura ambiente per 30deg C K1=1) K2 (dipendentedalla vicinanza di altri cavi) Izrsquo = K1middotK2middotIz cosigrave calcolata deve risultare maggioredella Ib altrimenti il cavo funziona sempre in condizioni di sovraccarico con gravepregiudizio sulla sua durata Esempio Ib=94A S=35mmsup2 Iz=130A Izrsquo=K1∙K2∙Iz = 085∙085∙130 = 9395A non va benepercheacute piugrave piccola della Ib bisogna passare alla sezione successiva S=50mmsup2

Effettuare la verifica della caduta di tensione con la relazione industriale cioegraveapprossimata

)cos(3 ϕ+ϕsdotsdot=∆ XsenRIV b

Dove V egrave la caduta di tensione concatenata si puograve calcolare il suo valorepercentuale

100 sdot∆=∆VVV

Che secondo le norme 64-8 deve per tutti gli impianti risultare minore del plusmn 4 Ib = corrente di impiego R = resistenza della conduttura calcolabile con la formula

SKLR sdotsdotρ= [ Ω ]

Con K=12 oppure con il valore r = ohmKm della resistenza per chilometro R = r ∙L [ Ω ]

X = reattanza induttiva per cavi si ricava da tabelle con il valore dellrsquoinduttanza perchilometro l=mHKm

X=l∙2∙ π ∙f∙L [ Ω ]

cosφ = coseno dellrsquoangolo che caratterizza il caricoSe la sezione prescelta non soddisfa la condizione si possono proporre duesoluzioni

4

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A) Rifasare la linea ponendo in parallelo sul carico una terna di capacitagrave collegatetra di loro a triangolo di potenzialitagrave opportuna cosigrave facendo riduco il valore dellaIb e modifico il cos φ che comporta una riduzione della ∆VB) Cambiare la sezione del conduttore prendendo quella che segue tra lecommerciali disponibili modificando cosigrave R ed X e quindi ∆V

Se possibile non gestire lrsquoimpianto con un angolo φ = arctgXR poicheacute questo egravelrsquoangolo a cui corrisponde la caduta di tensione massima ma ad un angolo inferiore aquesto φ lt φ0

Processo per punti per la definizione completa delle caratteristiche dellrsquointerruttore

1) Scelta modalitagrave costruttiva modulari da 10 a 125A scatolati da 160 a 1200Aaperti da 800 a 6000A che risulta naturalmente dipendente dalla corrente IbTra gli scatolati e gli aperti esistono anche le soluzioni ad alto potere di apertura elimitatori di corrente i primi si impiegano quando nel punto di inserzionedellrsquointerruttore le correnti di corto circuito come valore massimo risultanoconsistenti i secondi quando si vuole limitare le correnti di cresta di corto circuito eil conseguente effetto elettrodinamico sui componenti (condotti sbarre eavvolgimenti di macchine) a monte del punto di corto

2) Numero dei poli dellrsquointerruttore unipolare bipolare tripolare quadripolareI primi solo per impianti monofase di limitata potenzaLe tipologie multipolari per gli impianti di potenza monofase e trifase senza neutrooppure con il neutro

3) Definizione della tensione di riferimento per lrsquoisolamento dellrsquoapparecchiaturache dipende dalla tensione di rete ad esempio per rete trifase a 400V i costruttorisuggeriscono 690V

4) Calibro o portata nominale chiamata anche corrente ininterrotta nominale inrapporto alla Ib ed alla Izrsquo = portata del cavo e ai valori costruttivi disponibilisecondo le modalitagrave costruttiveEsempio Ib = 320A Izrsquo = 450A il calibro potragrave essere 500A quindi un valore piugravegrande ma prossimo alle correnti Ib e Izrsquo

5

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5) Scelta del potere di interruzione o di apertura questo elemento deve risultaremaggiore della ipotetica corrente di cortocircuito massima cioegrave quella determinatada guasto trifase netto nel punto di inserzione dellrsquointerruttoreCome valutare questa corrente di cortocircuito che chiameremo IccAChiedere allrsquoente fornitore ENEL misurarlo (con strumenti adatti) oppure calcolareil valore facendo riferimento al circuito equivalente sotto corto e applicando ilteorema di Thevenin Per un circuito semplice e con un trasformatore soltanto

si puograve valutare la IccA tenendo conto solo delle caratteristiche dellrsquo elemento a montecioegrave dellrsquo impedenza del trasformatore

SnVVccZe

sdotsdot

=100

2

20 [ Ω ]

SnVPcc

sdotsdot

=100

Re

2

20 [ Ω ]

22 Re minus= ZeXe [ Ω ]

Cosigrave possiamo calcolare con la legge di Ohm la

320

ZeVIcc

A sdot=

valore della corrente permanente di cortocircuitoIl potere di apertura deve essere maggiore della IccA Pi gt IccA

6

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

7

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

8

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

13

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 4: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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Approfondimento per la scelta rapida e corretta degli interruttori di manovra eprotezione di cavi gestiti in bassa tensione cioegrave al disotto di 1000 V di tensionenominale Preliminare alla scelta dellrsquointerruttore risulta il processo di dimensionamento delcavo (scelta della sua sezione con il criterio della tenuta termica tabella della SACEo tabelle del tuo libro) che parte dalla conoscenza della corrente di impiego Ib cioegravedella corrente effettiva che attraversa il cavo in quelle condizioni di funzionamentocalcolata a partire dalla potenza assorbita dal carico ipoteticamente alimentato dal

cavo con la formula ϕsdotsdot

=cos3 V

PassIb oppure puograve essere giagrave nota si ricorda

che comunque va confrontata con la Izrsquo cioegrave con la portata del cavo corretta dai duefattori K1 (dipendente dalla temperatura ambiente per 30deg C K1=1) K2 (dipendentedalla vicinanza di altri cavi) Izrsquo = K1middotK2middotIz cosigrave calcolata deve risultare maggioredella Ib altrimenti il cavo funziona sempre in condizioni di sovraccarico con gravepregiudizio sulla sua durata Esempio Ib=94A S=35mmsup2 Iz=130A Izrsquo=K1∙K2∙Iz = 085∙085∙130 = 9395A non va benepercheacute piugrave piccola della Ib bisogna passare alla sezione successiva S=50mmsup2

Effettuare la verifica della caduta di tensione con la relazione industriale cioegraveapprossimata

)cos(3 ϕ+ϕsdotsdot=∆ XsenRIV b

Dove V egrave la caduta di tensione concatenata si puograve calcolare il suo valorepercentuale

100 sdot∆=∆VVV

Che secondo le norme 64-8 deve per tutti gli impianti risultare minore del plusmn 4 Ib = corrente di impiego R = resistenza della conduttura calcolabile con la formula

SKLR sdotsdotρ= [ Ω ]

Con K=12 oppure con il valore r = ohmKm della resistenza per chilometro R = r ∙L [ Ω ]

X = reattanza induttiva per cavi si ricava da tabelle con il valore dellrsquoinduttanza perchilometro l=mHKm

X=l∙2∙ π ∙f∙L [ Ω ]

cosφ = coseno dellrsquoangolo che caratterizza il caricoSe la sezione prescelta non soddisfa la condizione si possono proporre duesoluzioni

4

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A) Rifasare la linea ponendo in parallelo sul carico una terna di capacitagrave collegatetra di loro a triangolo di potenzialitagrave opportuna cosigrave facendo riduco il valore dellaIb e modifico il cos φ che comporta una riduzione della ∆VB) Cambiare la sezione del conduttore prendendo quella che segue tra lecommerciali disponibili modificando cosigrave R ed X e quindi ∆V

Se possibile non gestire lrsquoimpianto con un angolo φ = arctgXR poicheacute questo egravelrsquoangolo a cui corrisponde la caduta di tensione massima ma ad un angolo inferiore aquesto φ lt φ0

Processo per punti per la definizione completa delle caratteristiche dellrsquointerruttore

1) Scelta modalitagrave costruttiva modulari da 10 a 125A scatolati da 160 a 1200Aaperti da 800 a 6000A che risulta naturalmente dipendente dalla corrente IbTra gli scatolati e gli aperti esistono anche le soluzioni ad alto potere di apertura elimitatori di corrente i primi si impiegano quando nel punto di inserzionedellrsquointerruttore le correnti di corto circuito come valore massimo risultanoconsistenti i secondi quando si vuole limitare le correnti di cresta di corto circuito eil conseguente effetto elettrodinamico sui componenti (condotti sbarre eavvolgimenti di macchine) a monte del punto di corto

2) Numero dei poli dellrsquointerruttore unipolare bipolare tripolare quadripolareI primi solo per impianti monofase di limitata potenzaLe tipologie multipolari per gli impianti di potenza monofase e trifase senza neutrooppure con il neutro

3) Definizione della tensione di riferimento per lrsquoisolamento dellrsquoapparecchiaturache dipende dalla tensione di rete ad esempio per rete trifase a 400V i costruttorisuggeriscono 690V

4) Calibro o portata nominale chiamata anche corrente ininterrotta nominale inrapporto alla Ib ed alla Izrsquo = portata del cavo e ai valori costruttivi disponibilisecondo le modalitagrave costruttiveEsempio Ib = 320A Izrsquo = 450A il calibro potragrave essere 500A quindi un valore piugravegrande ma prossimo alle correnti Ib e Izrsquo

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5) Scelta del potere di interruzione o di apertura questo elemento deve risultaremaggiore della ipotetica corrente di cortocircuito massima cioegrave quella determinatada guasto trifase netto nel punto di inserzione dellrsquointerruttoreCome valutare questa corrente di cortocircuito che chiameremo IccAChiedere allrsquoente fornitore ENEL misurarlo (con strumenti adatti) oppure calcolareil valore facendo riferimento al circuito equivalente sotto corto e applicando ilteorema di Thevenin Per un circuito semplice e con un trasformatore soltanto

si puograve valutare la IccA tenendo conto solo delle caratteristiche dellrsquo elemento a montecioegrave dellrsquo impedenza del trasformatore

SnVVccZe

sdotsdot

=100

2

20 [ Ω ]

SnVPcc

sdotsdot

=100

Re

2

20 [ Ω ]

22 Re minus= ZeXe [ Ω ]

Cosigrave possiamo calcolare con la legge di Ohm la

320

ZeVIcc

A sdot=

valore della corrente permanente di cortocircuitoIl potere di apertura deve essere maggiore della IccA Pi gt IccA

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

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Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

19

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 5: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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A) Rifasare la linea ponendo in parallelo sul carico una terna di capacitagrave collegatetra di loro a triangolo di potenzialitagrave opportuna cosigrave facendo riduco il valore dellaIb e modifico il cos φ che comporta una riduzione della ∆VB) Cambiare la sezione del conduttore prendendo quella che segue tra lecommerciali disponibili modificando cosigrave R ed X e quindi ∆V

Se possibile non gestire lrsquoimpianto con un angolo φ = arctgXR poicheacute questo egravelrsquoangolo a cui corrisponde la caduta di tensione massima ma ad un angolo inferiore aquesto φ lt φ0

Processo per punti per la definizione completa delle caratteristiche dellrsquointerruttore

1) Scelta modalitagrave costruttiva modulari da 10 a 125A scatolati da 160 a 1200Aaperti da 800 a 6000A che risulta naturalmente dipendente dalla corrente IbTra gli scatolati e gli aperti esistono anche le soluzioni ad alto potere di apertura elimitatori di corrente i primi si impiegano quando nel punto di inserzionedellrsquointerruttore le correnti di corto circuito come valore massimo risultanoconsistenti i secondi quando si vuole limitare le correnti di cresta di corto circuito eil conseguente effetto elettrodinamico sui componenti (condotti sbarre eavvolgimenti di macchine) a monte del punto di corto

2) Numero dei poli dellrsquointerruttore unipolare bipolare tripolare quadripolareI primi solo per impianti monofase di limitata potenzaLe tipologie multipolari per gli impianti di potenza monofase e trifase senza neutrooppure con il neutro

3) Definizione della tensione di riferimento per lrsquoisolamento dellrsquoapparecchiaturache dipende dalla tensione di rete ad esempio per rete trifase a 400V i costruttorisuggeriscono 690V

4) Calibro o portata nominale chiamata anche corrente ininterrotta nominale inrapporto alla Ib ed alla Izrsquo = portata del cavo e ai valori costruttivi disponibilisecondo le modalitagrave costruttiveEsempio Ib = 320A Izrsquo = 450A il calibro potragrave essere 500A quindi un valore piugravegrande ma prossimo alle correnti Ib e Izrsquo

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5) Scelta del potere di interruzione o di apertura questo elemento deve risultaremaggiore della ipotetica corrente di cortocircuito massima cioegrave quella determinatada guasto trifase netto nel punto di inserzione dellrsquointerruttoreCome valutare questa corrente di cortocircuito che chiameremo IccAChiedere allrsquoente fornitore ENEL misurarlo (con strumenti adatti) oppure calcolareil valore facendo riferimento al circuito equivalente sotto corto e applicando ilteorema di Thevenin Per un circuito semplice e con un trasformatore soltanto

si puograve valutare la IccA tenendo conto solo delle caratteristiche dellrsquo elemento a montecioegrave dellrsquo impedenza del trasformatore

SnVVccZe

sdotsdot

=100

2

20 [ Ω ]

SnVPcc

sdotsdot

=100

Re

2

20 [ Ω ]

22 Re minus= ZeXe [ Ω ]

Cosigrave possiamo calcolare con la legge di Ohm la

320

ZeVIcc

A sdot=

valore della corrente permanente di cortocircuitoIl potere di apertura deve essere maggiore della IccA Pi gt IccA

6

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

7

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

8

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

9

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

13

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

19

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

21

Page 6: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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5) Scelta del potere di interruzione o di apertura questo elemento deve risultaremaggiore della ipotetica corrente di cortocircuito massima cioegrave quella determinatada guasto trifase netto nel punto di inserzione dellrsquointerruttoreCome valutare questa corrente di cortocircuito che chiameremo IccAChiedere allrsquoente fornitore ENEL misurarlo (con strumenti adatti) oppure calcolareil valore facendo riferimento al circuito equivalente sotto corto e applicando ilteorema di Thevenin Per un circuito semplice e con un trasformatore soltanto

si puograve valutare la IccA tenendo conto solo delle caratteristiche dellrsquo elemento a montecioegrave dellrsquo impedenza del trasformatore

SnVVccZe

sdotsdot

=100

2

20 [ Ω ]

SnVPcc

sdotsdot

=100

Re

2

20 [ Ω ]

22 Re minus= ZeXe [ Ω ]

Cosigrave possiamo calcolare con la legge di Ohm la

320

ZeVIcc

A sdot=

valore della corrente permanente di cortocircuitoIl potere di apertura deve essere maggiore della IccA Pi gt IccA

6

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

7

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

8

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

9

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

15

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 7: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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6) Verificare il potere di chiusura Pc = m∙Pi dove m egrave il valore tabellato chemediamente vale 2 (lo trovi sulla tabella dellrsquoinsegnante) deve essere maggiore dellacorrente di cresta di cortocircuito

Acctg

AA IcceIccpcrestaIcc sdot

+sdot=sdot= ϕ

πminus

12 [ A ]

p = fattore di cresta 141 le p le 242 per 0 le ϕcc le90deg

Esempio Pi = 25 kA Pc = m∙Pi = 2∙25 = 50 kA Pc ge IccA cresta 50 ge 242∙IccA50 ge 242 ∙1500

7) Scelta della taratura termica Se lrsquointerruttore egrave modulare devi scegliere il tipo dicaratteristica tra quelle disponibili B-C-D che dipende dal tipo di carico daalimentare Per esempio carico resistivo (forno) o carico fortemente reattivo (motoreasincrono) B il primo e D il secondo Se lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto devi rispettare le condizioni per sovraccarico Ib le Inr le Iz If le 145∙Iz

Per esempio se Ib=320A e Iz=450A puoi scegliere un intervallo 300-500A e la taratura fissata tra quelle disponibili per esempio Inr=400A 8) Scelta taratura della magnetica Im se lrsquointerruttore egrave un modulare le caratteristichedi intervento sono caratterizzate dalle sigle B-C-D che corrispondono a 5∙Inr ndash10∙Inr ndash 20∙Inr cioegrave la curva scelta dipende dal tipo di carico da alimentare Peresempio carico resistivo carico debolmente induttivo fortemente reattivoSe lrsquointerruttore egrave scatolato o aperto In = (5- 10) Inr per esempio puoi scegliere Im= 5∙Inr oppure Im = 10∙Inr devi perograve verificare che la corrente di corto circuitominima determinata da un guasto alla fine della linea di tipo monofase o bifase risultipiugrave grande del valore fissato impiegando la relazione

( ) LmKCSE

Iccsdot+sdotρsdot

sdotsdotsdotsdot=

15180

min[ A ]

dove m = RneutroRfase = SfaseSneutro puograve valere 1 se Sneutro = Sfase oppure 2 se Sneutro=12Sfase se non crsquo egrave neutro m = 1 L lunghezza del cavo in metri C=1 se la conduttura hail neutro mentre C =radic3 se il sistema egrave trifase senza neutro K=1 per sezioni fino a95mmsup2 poi valori minori 05 per 05 esempio 120 ndash K = 095 150 ndash K = 09 ecchellipE = tensione di fase dellrsquo impianto S = sezione del cavo

7

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

8

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

9

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

13

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 8: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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Se per esempio hai posto Im = 10∙Inr con Inr = 400A Im = 4000A e dal calcolo diIccmin risulta Iccmin = 3800A questa scelta non va bene e allora Im = 5∙Inr = 2000A egraveun valore adatto percheacute piugrave piccolo della Iccmin

9) Verifica dellrsquo integrale di Joule calcolo del valore Ksup2Ssup2 integrale di Jouleammissibile per il cavo K = 115 (PVC- Cu) K =135 (EPR-Cu) egrave un valore che trovisu tabelle per le altre combinazioni S la sezione del cavo da proteggere deviverificare che lrsquointegrale di Joule lasciato fluire sotto corto circuito dallrsquointerruttorerisulti minore di quello ammissibile cioegrave

int le 222 SKdti

con le curve opportune che trovi sul tuo libro sul manuale o sui cataloghi deicostruttori ricordati che la curva scelta dipende dalla Inr corrente regolata dal puntodi vista termico Inr = 400A devi utilizzare la curva R400 e confrontarla con Ksup2∙Ssup2 dicalcolo

Non sempre per gli interruttori automatici si ha a disposizione la curva dellrsquointegraledi Joule in funzione delle correnti di corto circuito per cui non risulta agevole laverifica della relativa protezioneEgrave consentito semplificare questa operazione procedendo cosigrave

8

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico limitatore di corrente

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

Termica

Magnetica

Curva drsquointervento interruttore automatico magnetotermico

Corrente in Ampere

Tempo in secondi

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

9

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 9: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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considerare la corrente di corto in valore massimo il che vuol dire corto trifase aimorsetti interruttore cioegrave allrsquoinizio del cavo come costante nel tempo e utilizzarecome tempo quello di intervento sotto corto rendere uguali le due espressioni

int2max

0

2 tIccdtiti

sdot=int si puograve allora verificare per la Iccmax la relazione

22int

2max SKtIcc lesdot

Esempio

Ib=250 AS=150 mm2 PVCk=115Iz=319 AIccmaxA=20 kA

SASK 22222 29756500150115 =sdot= ( )sec7430

2000029756500

22

22

int ==leAIcc

SKt

cioegrave lrsquointerruttore per guasto in A deve presentare un tempo di interruzione minore di0743secUtilizzando un magnetotermico scatolato la magnetica puograve intervenire per tempidellrsquoordine di 01sec per cui crsquoegrave protezione

Per le Iccmin si puograve impiegare la formula semplificata controllare se la taraturamagnetica fissata egrave minore del valore calcolato che dipende dalla lunghezza del cavo

LKCSEIcc

sdotsdotsdotsdotsdotsdot=

25180

20min ρ trifase senza neutro

Esempio E=230 V S=150 mm2 C= 3 K=085 L=250 m

AIcc 304025020178051

850315023080min =

sdotsdotsdotsdotsdotsdotsdot=

La taratura del relegrave magnetico deve risultare piugrave piccola di 3040 A Dal libro si vedeche con interruttore scatolato da 250 A termica R250 possiamo avere la magneticatra 5∙Ith e 10∙Ith cioegrave tra 1250 e 2500 per cui vanno bene tutte due le tarature poicheacuterisultano minori del valore trovatoPer il trifase con il neutro impiegare la relazione

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

21

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( ) LmKCSEIcc

sdot+sdotsdotsdotsdotsdot=

15180

20min ρ con Sn

SfRfRnm ==

Sganciatori da sovracorrente per interruttore ISO MAX S3 con taratura compresa tra50 e 350

Questa retta rappresenta la dipendenza tra correnti presunte di corto circuito elrsquointegrale di Joule quando si assuma come tempo il valore di 1 secondoQualche volta si trova rappresentata anche la curva da 5 secondi che risulta parallelae spostata rispetto a quella al secondo come si vede dal grafico sopra riportato

Ricordare che le scale nel diagramma sono di tipo logaritmico per cui la curva ad unsecondo viene rappresentata da una retta anche se la dipendenza tra le correnti dicorto circuito e lrsquointegrale di Joule egrave di tipo quadratico se il tempo viene consideratocostanteSi utilizzano scale logaritmiche per rendere compatti i valori in gioco che sonograndi poicheacute la funzione logaritmica comprime i valori grandi mentre espande ivalori piccoli

Tutte le curve che appartengono ad una certa classe di interruttori stanno alla destradella retta del secondo e si distinguono per taratura da sovracorrente (dasovraccarico) in una certa fascia di valori

La relazione dellrsquointegrale di Joule puograve essere impiegata anche per la determinazionedella sezione del cavo lrsquoapplicazione puograve dare risultati con valore di S superiori aquelli minimi necessari per la tenuta termica del cavoEsempio Icc max = 3800 A (corrente massima nel punto di installazione delcavo) ti = 13 ms (tempo di intervento della magneticadellrsquointerruttore)

cavo in PVC K = 115

Iccsup2max middot ti le Ksup2Ssup2 276301301153800max mmt

KIccS ==

La sezione deve risultare superiore a 376mmsup2 ad esempio 4mmsup2

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Per gli interruttori in BT automatici magnetotermici si possono considerare inrapporto al tempo di prearco in tre categorieint lenti 2) int rapidi 3) int limitatori ricordare che il tempo di prearco egrave quello che intercorre dallrsquoistante di inizio dellasovracorrente al distacco dei contatti mentre il tempo drsquoarco da quellrsquoistante finoallrsquoestinzione la loro somma dagrave il tempo di intervento ti = tpa + taPer gli interruttori- lenti tpa ge 60 ms (intervento ritardato per selettivitagrave

inter allrsquouscita trasformatore e grosse linee in potenza)

- rapidi tpa = 2divide3 ms (il distacco dei contatti avviene prima che la Icc si stabilizzi e lrsquoarco si spegne al primo passaggio per lo zero

impieghi per linee in cavo di piccola sezione 135 mmsup2 + i=13 ms)

- limitatori tpa = 06divide08 ms (distacco prima del valore di cresta e tempi ti le 10 ms)

Per i lenti lrsquointervento egrave sul valore massimo della corrente permanente di Icc cioegrave IccM = radic2 ∙ Icc = 141 ∙ IccPer i rapidi lrsquointervento quando la Icc non egrave stabilizzata e per carico induttivopossono essere chiamati ad interrompere picchi di corrente fino a 2divide22 IccI limitatori intervengono quando la corrente di Icc non ha raggiunto il valore dicresta per cui sono chiamati ad interrompere correnti minori del valore efficace Iccma presentano comunque un alto potere di apertura per i valori estremamente ridottidi tempo di intervento

Lrsquointegrale di Joule lasciato fluire dai tre tipi di interruttore assume lrsquoandamentoconosciuto in funzione di delle Icc perograve per i primi due si puograve anche calcolarenumericamente visto che risultano conosciute sia le correnti su cui si interviene sia itempi

intisup2 dt = Iccsup2 ∙ tiEsempio Protezione trasformatore con interruttore lento

ti = 100 ms S = 400 kVA V20=400 V Vcc = 4 si ha

AV

SnI 5774007321

104003

3

202 =

sdotsdot=

sdot= A

VccnI

I CC 144254100577

1002 =sdot=

sdot=

intisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 14425sup2 ∙ 100 ∙ 10sup3 = 20808062 Asup2s

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 12: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

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Per lrsquointerruttore rapido ti = 13ms = 0013s se la Icc = 144 kA alloraintisup2 dt = Iccsup2 middot ti = 144sup2 ∙ 10ˆ6 ∙ 0013 = 144sup2 ∙ 13000 = 2695680 Asup2sPer il limitatore non si puograve usare la formula bisogna impiegare le curve per laverifica deve risultare che intisup2 dt deve essere minore o uguale a Ksup2Ssup2 che rappresentalrsquointegrale di Joule ammissibile per il cavo Se il materiale egrave PVC con K = 115(115x5)sup2 ge intisup2 dt che diventa per i lenti e per i rapidi (115x5)sup2 ge Iccsup2middotti risolvendo in

funzione di S si ha itIccS sdotge

115 allora per i lenti ponendo ti = 100ms si ha

sec002740115

316010115

sdot=sdot=sdotge IccIccIccS

se esprime Im KA si ha S ge 27 Icc cioegrave per ogni KA di corrente di corto circuitooccorrono 27mmsup2 di sezione di conduttore almeno

Per i rapidi ti = 13ms = 0013s IccIccIccS sdot=sdot=sdotge 0010115

11400130115

se si considera Icc m KA Sge 1 ∙ Icc che significa avere un mmsup2 di sezione per ilcavo per ogni KA di corrente di corto circuito per avere protezione

Le linee in partenza del power center (PC) o quadro principale sono chiamate lineeprimarie e sono costituite da cinque derivazioni da cinque conduttori ognuno (tre fasipiugrave il neutro piugrave il conduttore di protezione PE) realizzate con cavi unipolari oquadripolari piugrave il PELe linee primarie raggiungono i quadri di zona la condizione ottimale per lasuddivisione egrave quella di prevedere cinque linee secondarie in modo che gliinterruttori magnetotermici di protezione abbiano le correnti nominali non superiorial 30 della corrente nominale dellrsquointerruttore generale del quadro ciograve assicuraintervento selettivo per corto circuito in una delle linee secondarie

Struttura sistema

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Nei quadri di zona In gt K( Ib1 + Ib2 + + Ibn) per la corrente nominale delgenerale quando si conoscono le Ib delle derivazioni secondarie e il loro numero conla tabella seguente

Per uniche linee e Ib uguali si ha In gt K middot sum Ib = 08 5 Ib = 4 Ib e quindi Ib lt In4 = 25 In

Esempio Ib = 22 A si ha In gt 4 x 22 = 88 A per esempio In = 100 A e Inderivazione = 25 A siccome 25 A lt 30 100 = 30 A crsquoegrave selettivitagrave per

guasto sulle derivazioni si utilizzano interruttori rapidi con tempo di intervento di13ms

Per le correnti di corto nel quadro di zona bisogna insieme alla resistenza e allareattanza del trasformatore considerare anche quelle del cavo cosigrave determinabili

SLRL sdotρ= LX L sdot= minus410 cavo

SnVPccRe sdot

sdot=100

220

SnVVccZ e sdot

sdot=100

220 22

eee RZX minus= trasformatore

( ) ( ) 22eLeL XXRRZt +++=

ZtV

Icc zero sdot=

320

Esempio S = 400 kVA Vcc = 4 V20 = 400V Pcc = 18Cavo S = 25mmsup2 L = 55m

n K45

08

69

07

gt9 06

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Rerdquo = 00072 Ω Xerdquo = 00143 Ω

Ω=sdot=sdotρ= 0484025

5500220SLRL Ω=sdot= minus 05505510 4

LX

Zt = 0059 Ω AZt

VIcczero 3914

05903400

320 =

sdot=

sdot=

Si puograve installare in generale con Pi = 6 kA e cinque divisionali con Pi = 45 kAI divisionali possono o alimentare un unico carico oppure una serie diapparecchiature di potenza media piccola oppure un sottoquadro di zona cheattraverso linee terziarie alimentano altrettante utenze Per la scelta di In dagliinterruttori divisionali si considera quello immediatamente superiore alle Ib che per

carico di estremitagrave si calcola cosigrave ϕsdotsdot=

cos3 VPIb

Questo interruttore protegge la linea e non il carico che nel caso si tratti di unmotore bisogna per esempio impiegare la terna di fusibili del tipo a M relegrave termico econtattore

Nel caso di alimentazione di piccole utenze si puograve impiegare una distribuzione ditipo dorsale cioegrave un unico cavo che a distanze diverse con derivazioni opportunealimenta le vari utenzePer il calcolo della corrente di impiego Ib nel cavo si nominano le correnti nelle variederivazioni e si moltiplica per un fattore di utilizzazione K che dipende dal numerodi utenze impiegate

Ib = K(Id1 + Id2 + Id3 + + Idn)

Conviene sempre realizzare la dorsale a sezione unica per ragioni pratiche edeconomiche infatti se si modificasse la sezione bisognerebbe installare per ognitronco un opportuno interruttore protettore

Con la scelta di In compreso tra Ib e Iz si protegge tutto il sistema da sovraccarico ecorto circuito realizzare derivazioni corte per esempio non superiori a tre metri

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

15

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

19

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

21

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disporre alla fine di queste il dispositivo di protezione per sovraccarico e cortocircuito dellrsquoutenza (motore forno ecc) naturalmente il tratto di cavo di tre metrinon risulta protetto perograve il suo ridotto sviluppo consente di trascurare lrsquoinstallazionedi organi opportuni poicheacute egrave poco probabile che lrsquoinconveniente nasca in questastrutturaInfine se la linea secondaria alimenta sottoquadri di zona la In per lrsquointerruttore sisceglie maggiore della somma delle correnti nelle linee terziarie moltiplicate per unfattore K di utilizzazione che dipende dalle linee in partenza (stessa tabella dellelinee principali)

( )IbnIbIbKIn +++ 21

La corrente di corto egrave qui limitata anche dalla impedenza del cavo della lineasecondaria per il suo calcolo bisogna sommare tutte le resistenze (trasformatorelinea primaria linee secondarie) e tutte le reattanze e poi determinare lrsquoimpedenzacon le relazioni giagrave utilizzate infine si puograve calcolare la corrente di corto circuito nelpunto volutoQueste risultano modeste se confrontate con quelle del Power Center e nei quadri dizona normalmente per gli interruttori generali egrave sufficiente un potere di apertura di 4kA e per gli interruttori divisionali sulle linee terziarie un potere di apertura di 3 kARiassumendonel Power Center il potere di apertura per lrsquointerruttore di macchina e per gliinterruttori delle linee principali egrave 152030 kA a seconda che la potenza deltrasformatore installato sia 250400630kVAper quadri di zona potere di apertura generale 6 kA interruttori sulle linee 45 kA seil quadro egrave molto vicino al power center si utilizza 10 kA per il generale e 6kA per idivisionaliNei sottoquadri di zona in genere 45 kA per il generale e 3 kA per i divisionali

Tutti questi interruttori sono rapidi quindi con tempo di intervento di 13ms se levarie sezioni dei cavi impiegati non sono inferiori a S gt 27Icc una volta calcolata lacorrente di corto circuito in tutti i punti in cui vengono installati i protettori allora sipuograve eseguire la verifica semplificata per corto circuito sulla compatibilitagrave trainterruttore e sezione del cavo da proteggereRicordare per gli interruttori modulari le loro caratteristiche di interventonormalizzate o no a livello europeo e sono la B-C-D le altre si chiamano K-Z-E Perla curva B lrsquointervento istantaneo avviene per correnti comprese tra 3 e 5 volte lacorrente nominale In per la curva C tra 5 e 10 volte la In per la curva D tra 10 e 20volte la In la curva K egrave simile alla D perla curva Z tra 2 e 3 volte la In (adatta percircuiti elettronici) la curva E egrave in dispositivi adatti a realizzare selettivitagrave

Le case costruttrici dividono in serie opportune i dispositivi appartenenti ad unadeterminata famiglia

15

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

SERIE

NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

16

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

17

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Caratteristiche tecniche di interruttori magnetotermici per usi domestici e similariSystem Pro M

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NUMERODI POLI

CORRENTENOMINALE(A)

CARATTERISTICADrsquoINTERVENTO

POTERE DICORTOCIRCUITONOMINALEIcn (kA)

S91 1P+N 6-10-16-20-25-32 C 45S240 1P-1P+N-

2P-3P-4P6-8-10-13-16-20-25-32-40

C 45

S250 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-K 6

S270 1P-1P+N-2P-3P-4P

05-1-16-2-3-4-6-8-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D-K 10

S280 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 15

S290 1P-2P-3P-4P

80-100-125 C-D 10

S500 1P-2P-3P-4P

6-10-13-16-20-25-32-40-50-63

B-C-D 25

Per gli scatolati serve ISO max S1--- S8 si arriva a tarature per sovracorrenti fino a3200 A Ci sono poi gli interruttori di tipo aperto adatti a correnti molto alte adesempio fino a 6000 A sempre in impianti gestiti in bassa tensione Si chiamano cosigravepoichegrave i relativi contatti non risultano segregati ma lrsquoarco si forma in aria

Alla corrente nominale In fanno riferimento Inf e If legati ad un valore di tempoconvenzionale tc Per esempio per interruttori ad uso domestico e similare si hannovalori fissi per Inf If e tcInf = 113In If = 145In tc = 1h per interruttori regolabili scatolatiper In le 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 1hper In gt 63 A Inf = 105∙Ir If = 125∙Ir tc = 3h cambia solo iltempo convenzionale

Per i fusibili ricordare lrsquoandamento del loro integrale di Joule che varia in funzionedella corrente di corto che lo determina Risulta massima per correnti di corto diridotto valore e si riduce poichegrave entra in gioco il potere di limitazione dei fusibili

16

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

18

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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( )300150 dividesdot=IcrIlKl

Kl fattore di limitazione Il corrente limitataIcr corrente di cresta

Il fattore di limitazione dei fusibili arriva al massimo al valore 030 che vuol dire chesolo il 30 della corrente di cresta viene raggiunto in fase di interruzione limitandoanche la relativa sollecitazione elettrodinamica da corto circuito

Per ottenere gli stessi effetti con interruttori bisogna utilizzare quelli limitatori chepresentano le seguenti curve caratteristiche

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Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Curva tempo - corrente di uninterruttore magnetotermico limitatore

Come si vede per certi valori di corrente di soglia lrsquointervento egrave istantaneo per lecurve dellrsquointegrale di Joule si amplifica la fascia delle correnti di corto circuitopossibili in particolare per il valore massimo

Lrsquoinconveniente egrave determinato dal loro costo vengono utilizzati dove risultaindispensabile realizzare processi selettivi tra elementi di protezione egrave chiaro chevengono posti vicino allrsquoutenzaAnche per medie e alte tensioni si impiegano gli interruttori come organi di comandoe dotati di opportuni relegrave come elementi di protezione Una selezione dellecaratteristiche costruttive e funzionali degli stessi egrave dipendente dal livello di tensionesu cui operanoValore di tensione del sistema 132-220-380 kV

Interruttori in aria compressa ndash interruttori ad esaflururo di zolfo

Valore di tensione del sistema 30-20-15-10-6 kVInterruttori a vuoto ndash interruttori a esafloruro di zolfo ndash interruttori a soffiomagnetico

Il comando degli interruttori avviene sempre mediante un servomeccanismoazionabile manualmente in caso di manovra voluta o azionato automaticamente darelegrave di protezione in caso di sovraccarico o di corto circuito

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Per gli interruttori posti alla partenza di grandi linee in altissima tensione sonospesso dotati di un ciclo di richiusura in automatico al fine di limitare il periodo didisservizio in caso di guasti accidentali temporaneiCriteri di ottimizzazione nella suddivisione dei circuiti in impianti di BT di tiporadiale Se la potenza impiegata egrave superiore a 100kW lrsquoalimentazione viene realizzata in MTe la cabina risulta di proprietagrave dellrsquoutente Se non si superano i 400kW si impiega unsolo trasformatore altrimenti due uguali ma non in parallelo per limitare le correntidi corto circuito sulle linee in potenza i trasformatori presentano un a Vcc = 4 sein olio e 6 se incapsulati la distribuzione ottimale si ottiene con 4divide5 linee per ognitrasformatoreNel quadro principale (Power Center) ci saranno- 2 interruttori magnetotermici quadripolari uno per trasformatore di correntenominale In gt I2n- 10 interruttori magnetotermici quadripolari con Ib le In le Iz

Per trasformatori in olio con Vcc = 4 fino a 630 e 6 da 800 in su

SnkVA

I2n

AIccA

Pinterruzione130 di Icc

kA

IN

At

interruzione

ms

S minimacavimmsup2

100 145 3625 6 160 100 4160 232 5818 10 250 100 6250 361 9025 15 400 100 10400 577 1442

520 630 100 16

630 909 22725

30 1000

100 25

800 1156

19268

30 1200

100 25

1000

1445

24074

35 1500

100 35

1250

1807

30095

40 2000

100 35

1600

2315

38520

50 2500

100 50

2000

2891

48151

65 3000

100 50

2500

3613

60190

80 4000

100 70

3000

4335

72254

100 5000

100 95

19

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

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MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

Si puograve considerare una tabella equivalente per i trasformatori incapsulati in resina leVcc sono uguali al 6Lrsquoultima colonna rappresenta il valore della sezione che deve risultare non inferioreal valore considerato se il cavo egrave in PVC nella verifica dellrsquointegrale di Joule trainterruttore impiegato e cavo da proteggere da corto circuito

Caratteristiche di massima di trasformatori in olio tensione nominale primaria 15 kVe 20 kV frequenza 50 Hz

An

(kVA)

Pfe

(W)

Pj

(W)

I0

()

Vcc

()

RendimentoI = In

Coso = 08()

100 390 1850 29 42 973125 465 2150 27 42 974160 550 2550 25 42 976200 640 3150 23 42 977250 780 3700 22 42 978315 940 4650 21 42 978400 1170 5600 2 42 979500 1350 6500 2 42 98630 1600 7800 19 42 981800 1850 9500 19 45 9821000 2200 11000 18 45 9841250 2600 12800 18 45 9851600 3100 16000 16 45 985

Tabella riassuntiva sugli interruttori

Livello ditensione Denominazione o tipo costruttivo

Campo di variabilitagravedella corrente interrotta

nominale(calibro o portata

nominale)

BTfino a 690 V

-uso domestico o similare-modulari da quadro-scatolati (ad altro potere di apertura elimitatori di Icc)-aperti

05 ndash 636 ndash 125

125 ndash 3200

800 ndash 6300

20

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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Page 21: DISPENSA DI IMPIANTI ELETTRICI - malignani.ud.it · Appunti dei corsi di Impianti Elettrici ... Due opportune tabelle indicano tutti gli elementi costruttivi che ... avvolgimenti

ITI ldquoA Malignanirdquo Udine - Elettrotecnica amp automazione-Impianti elettrici e TDP - ing Rizzi Enzo

MTfino a 30 kV

-a piccolo volume drsquoolio-a esafloruro di zolfo-a soffio magnetico-sottovuoto

630 ndash 3150630 ndash 3150630 ndash 31501250 ndash 2500

ATfino a 380 kV

-a esafloruro di zolfo-ad aria compressa

630 ndash 3150630 ndash 3150

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