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Tecnologie, schemi elettrici, simboli,norme, definizioni e consigli pratici

Guida TecnicaIl coordinamento del comando

e della protezione motore

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Il coordinamentodel comandoe della protezionemotore

1. Introduzione 2

2. Il motore asincrono 2

3. Struttura di una partenza motore 5

4. Il sezionatore 5

5. Il contattore 6

6. La scelta del contattorein funzione del tipo di impiego 9

7. La scelta del contattoreper circuiti in corrente continua 13

8. Il sovraccarico e la protezionetermica tradizionale 13

9. La protezione a sonda termica 18

10. La protezione elettronica 19

11. La protezione controle correnti di corto circuito 20

12. Il fusibile 20

13. Linterruttore automatico 24

14. Confronto tra fusibilied interruttori automatici 26

15. Il coordinamento degliapparecchi nella partenza motore 27

2

Il coordinamento del comandoe della protezione motore

Schneider Electric

2. Il motore asincronoPoich gli argomenti trattati in questoDossier vertono sullo studio degliapparecchi destinati al comando edalla protezione di un motore, appareindispensabile richiamare alcuniconcetti fondamentali, di caratterecostruttivo e funzionale di questamacchina che una delle utenze pidiffuse nel settore elettrico industrialee del terziario.Il motore asincrono trifase con rotorea gabbia sicuramente, ancor oggi,la macchina rotante pi semplicee robusta.Le sue caratteristiche costruttive e difunzionamento, lo rendono economico,affidabile, longevo e quasi completamenteprivo di necessit di manutenzione,a parte la normale sostituzione delleparti meccaniche soggette ad usura:ad esempio i cuscinetti.Proprio per queste ragioni, possiedeil pi esteso campo di applicazionie gode del favore unanime degli utentie dei tecnici che lo propongono.

2.1 Il principio di funzionamentoIl principio di funzionamento dei motoriasincroni basato sulla produzionedi un campo magnetico rotante.Consideriamo un magnetepermanente (NS) e un disco di ramecapace di ruotare attorno al proprioasse (XY) come in fig. 2.Quando il magnete, azionato per unartificio qualunque, ruota, il campomagnetico da esso prodotto gira nellastessa direzione ed investe il disco.Quest'ultimo, interessato da questocampo magnetico variabile, diventa sededi correnti indotte che lo percorrono.

Linterazione di queste correnti indotte edel campo rotante creano una coppiamotrice sufficiente a vincere la coppiaresistente dovuta agli attriti ed aprovocare la rotazione del disco.Il senso della rotazione, indicato dallalegge di Lenz, tende ad opporsi allavariazione del campo magnetico che hadato origine alle correnti indotte.Il disco dunque trascinato nellostesso senso del campo ad unavelocit leggermente inferiore dallostesso, definita di scorrimento.Se il disco girasse alla stessa velocit

del campo (velocit di sincronismo),non si creerebbero pi delle correntiindotte, la coppia motrice risulterebbenulla ed il disco rallenterebbe.In pratica il disco ruota ad una velocitinferiore a quella del campo; perquesto motivo il motore viene definitoasincrono.Nei motori asincroni trifasi (fig. 3) il campomagnetico rotante prodotto da 3 bobinefisse (statore), percorse da correntealternata trifase: queste bobine detteanche avvolgimenti, sono scalate tra lorofisicamente ed elettricamente di 120.

Fig. 1 Fig. 4

Fig. 3Rappresentazione schematica di un motoreasincrono trifase.

1. IntroduzioneGli argomenti trattati in questo DossierTecnico si propongono di analizzarequei temi con i quali, tecnici e utentipossono confrontarsi, ogni qualvoltanecessiti uno studio relativo aldimensionamento ed alla sceltadella componentistica per il comandoe la protezione di un motore

comunemente conosciutecon il nome di Partenze Motore.

Lesposizione, non ha la presunzionedi prendere in esame tutte lecaratteristiche ed i particolari delleutenze, degli apparecchi e deifenomeni che li coinvolgono.

Vuole semplicemente offrire al lettoreuna guida di facile lettura, checonsenta di comprendere i parametridi base necessari per effettuareuna scelta rapida e sicura degliapparecchi, ovvero di un contattore,di un rel termico, di un interruttoreautomatico etc.

Fig. 2Principio di funzionamento del motore ainduzione.

YN

SX

120

120

120

bobina statorica

rotore

3Schneider Electric

2.2 Struttura del motore asincronoIl motore composto da due partidistinte: lo statore; il rotore.Lo statore la parte fissa del motore. costituita da una carcassa metallicasu cui viene fissata una corona dilamierini in acciaio speciale, provvistidi apposite scanalature.Gli avvolgimenti elettrici sono ripartitiallinterno di queste scanalature;il loro insieme definito "avvolgimentostatorico". Lavvolgimento statorico costituito da tanti circuitiindipendenti quante sono le fasidell'alimentazione (nel motore trifasesono ovviamente tre) (fig. 4).Il rotore costituisce la parte mobiledel motore; collocato allinternodello statore ed costituito da uncilindro (formato da lamierini dacciaioimpilati) calettato su un alberoanchesso cilindrico.I tipi pi usati sono due: il rotore a gabbia di scoiattolo; il rotore avvolto.Nel caso di rotore a gabbia,i conduttori elettrici (che costituisconolavvolgimento statorico) sonosistemati, entro scanalature, sullaperiferica del cilindro, parallelamenteal suo asse. A ciascuna estremit lebarrette conduttrici sono raccordate traloro a mezzo di una corona metallica.Linsieme ha laspetto di una gabbiadi scoiattolo, da cui prende il nome.Nel caso di rotore avvolto nellescanalature periferiche sono alloggiatidegli avvolgimenti identici a quellidello statore. Una estremit di ciascunavvolgimento collegata ad un puntocomune (collegamento a stella).Le estremit libere vengono solitamenteraccordate su degli anelli di materialeconduttore solidali al rotore.Su questi anelli strisciano delle spazzolein grafite collegate al dispositivo diavviamento (fig. 5).

In questo tipo di circuito rotorico possonoessere inserite delle resistenze; infunzione del valore di queste resistenzevaria la coppia di avviamento. cosi possibile ottenere coppie diavviamento di valore superiore a 2,5volte la coppia nominale.Il motore a rotore avvolto menoutilizzato della versione con rotorea gabbia. pi voluminoso, pi caroe necessita di maggior manutenzione.Viene solitamente impiegato quandonecessita una forte coppia inavviamento (avviamento sotto carico)come nei sistemi di sollevamento.

2.3 Collegamento degli avvolgimentiGli avvolgimenti statorici di un motoreasincrono trifase possono esserecollegati in due modi a stellaod a triangolo.Tali collegamenti dipendono dal sistemacon cui vengono raccordati i capi deglistessi avvolgimenti sulla morsettiera delmotore, come rappresentatoschematicamente nelle fig. 6-7-8.Lalimentazione degli avvolgimentistatorici si effettua attraverso i morsettiU - V - W (detti morsetti dentrata)della morsettiera.La connessione a stella od a triangoloavviene invece attraverso i morsettiZ -X -Y (detti morsetti di uscita).Nota: Per poter funzionarecorrettamente un motore deve sempreavere gli avvolgimenti accoppiati.La scelta del tipo di accoppiamentodipende dalla tensione massimaammissibile sugli avvolgimenti stessi.

Collegamento stella Y (fig. 6)

I 3 avvolgimenti hanno un punto comune(XYZ). Il collegamento viene effettuato inmorsettiera a mezzo di barrette conduttrici e

Fig. 5

Riassumendo: Tensione riportata sulla targhetta 127-220 220-380 380-660Tensione di rete 127 220 220 380 380 660Accoppiamento

Fig. 6Ciascun avvolgimento alimentatoad una tensione trifase di stella o di fase U/e

Fig. 7Ciascun avvolgimento alimentatoalla tensione trifase concatenata (U)

Fig. 8Questi tipi di motori presentano il non trascurabilevantaggio di poter collegare il motore sia a stella,sia a triangolo a seconda della tensione di retedisponibile semplicemente spostando le barrettenella morsettiera.

permette di alimentare ciascuna bobina conla tensione U/e (tensione stellata o di fase).Esempio: un motore "220/380 V"con una rete di distribuzione a 380 Vsar collegato a stella.(Gli avvolgimenti saranno soggettiad una tensione massima di 220 V.)

Collegamento triangolo (fig. 7)

Il collegamento a triangolo consentedi alimentare ciascun avvolgimentoalla tensione concatenata della retedi distribuzione (tensione fase/fase).Esempio: un motore "380/660 V"sar collegato a triangolo su una reteavente tensione concatenata 380 V.

Collegamento stella/triangolo (fig. 8)

Z X Y

WVU

U

Uc3 U

ZY

U

W V

X

Z X Y

U V W

U

Z U

Y X

W V

U

Z X Y

U V W

4


Schneider Electric

8 10 Ip

4 8 Ia

In

20 30 ms

1 10 s

ttempo

C

Nvelocit

2.4 Parametri principali del motoreasincrono a gabbiaIn generale i parametri elettriciche vengono riportati sulla targhettadei motori sono i seguenti: Pn potenza nominale (kW): lapotenza meccanica nominaledisponibile sullalbero; U tensione (V): la tensionedalimentazione dello statore; I corrente nominale (I ): intensitdella corrente nominale sullo statore; cos : fattore di potenza; : rendimento (rapporto tra la potenzameccanica disponibile sullalbero e lapotenza elettrica assorbita); Cn coppia nominale: la coppiameccanica nominale del motore; N velocit (giri/min): la velocitdi rotazione del motore pu ancheessere espressa in rad/sec.La potenza elettrica "attiva" assorbitadal motore pu essere calcolatapartendo dalla formula:

Pa = e UI cos

La potenza nominale (Pn) definitaanche potenza resa, disponibilesullalbero, data da:

Pn = e UI cos

In stato di funzionamento a regime,la corrente nominale assorbita (I ) definita da:

=

cosUI3

PnI

La potenza nominale "Pn" sullassepu anche essere calcolata nel

seguente modo:

Pn= C dove:

"C" la coppia nominale del motoree Velocit angolare espressa da:

60N2= in rad/sec.

2.5 Caratteristiche del motore(fig. 10) asincrono a gabbia in fase diavviamento (o in regime transitorio)Un motore asincrono a gabbia durantela prima fase di avviamento caratterizzato dai seguenti parametri: corrente davviamento (I a) = da 4 a 8 I n; coppia davviamento (Ca) = da 1,5 a 2 Cn; corrente massima di spunto(corrente di picco) (I p) = da 8 a 10 I n(valore di cresta 1417 I n); fattore di potenza (cos ) = 0,35 a 0,65;

Il motore si avvia secondo queste suecaratteristiche naturali, che dipendonodalla tecnologia costruttiva del rotore.Il motore a gabbia assorbe una grandeintensit di corrente allattodellavviamento.

Commento sul regime di avviamentoCome si nota quindi dalla fig. 10/A, i motoriad avviamento diretto assorbono unacorrente molto elevata il cui valoreed il cui tempo di durata, sono variabili edipendono dalle caratteristiche costruttivedei motori e dal tipo di macchina azionata.Occorre, spesso, limitare e controllarequeste correnti soprattutto nei casiin cui il loro transito nelle lineed'alimentazione pu provocare

abbassamenti di tensione tali dacompromettere il lavoro delle altreutenze attive.Nasce quindi lesigenza di studiare escegliere un sistema capace di avviarei motori limitando questi fenomenielettrici che oltre ai citati inconvenienti,causano anche forti sollecitazionimeccaniche dannose per il motoreda avviare. proprio a tale scopo che sono staticoncepiti sistemi di avviamento come:lavviatore stella-triangolo, lavviatorestatorico, lavviatore rotorico e gli avviatorielettronici di nuova generazione.

2.6 Motore asincrono a rotore avvolto Si utilizza quando occorre poterregolare il valore della coppia o dellacorrente in fase di avviamento e dicrescita della velocit (utilizzo tipiconel sollevamento); si utilizza anche quando sononecessarie cadenze molto elevate(il rotore si scalda meno che nellaversione a gabbia).I parametri elettrici riportati sullatarghetta del motore sono gli stessivisti per il motore a gabbia; occorreaggiungere i parametri relativi alrotore: I r (A) = corrente rotorica; Ur (V) = tensione rotorica a vuota(collettore aperto); Ru (W) = resistenza rotorica(che permette di ottenere la coppianominale a velocit nulla). importante ricordare che la correntedi avviamento (I d) notevolmenteridotta rispetto a quella del motorea gabbia: I d=1,52,5 I n.

Fig. 9Pa: Potenza Assorbita dalla retePn: Potenza Nominale o potenza resasullalbero

Fig. 10La fig. A mostra landamento della corrente assorbita dal motore durante la fase davviamento.La fig. B mostra landamento della coppia in funzione della velocit.

=Pn

Pa

Pa = V 1 3 cos

Pn = C

fig. A fig. B

5Schneider Electric

3.1 Le funzioniLe quattro funzioni base sonogeneralmente garantite ciascunada un apparecchio specifico: in alcunicasi possono esistere apparecchi cheassolvono pi funzioni come adesempio gli interruttori salvamotoriGV2 o GV7 di Telemecanique cheoperano in qualit di sezionatori,protezione contro cortocircuitoe protezione termica.Oppure gli interruttori automaticimagnetotermici che assicuranosia la protezione contro il cortocircuitosia il sezionamento della linea dialimentazione: il sezionamento, funzione quasisempre assunta da apparecchichiamati sezionatori.Permette di isolare a monte tutti iconduttori attivi della partenza motoreal fine di poter intervenire a vallesenza pericolo; protezione contro le correntidi corto circuito, funzione assuntasia dai fusibili che dagli interruttoriautomatici.

Controlla tutte le correnti di elevataintensit e deve intervenire nel pibreve tempo possibile per limitaree contenere gli effetti termici e dinamicidelle correnti, dannosi per limpiantoe per lo stesso motore;

protezione contro le correntidi sovraccarico, funzione assuntadai rel termici.Deve essere capace di rilevare tuttigli aumenti persistenti di corrente chepossono provocare sovratemperaturedannose sia per i conduttori di lineasia per il motore;

il comando o la commutazione,riveste due aspetti: il comandofunzionale che consiste nello stabilireed interrompere la circolazione dellacorrente di servizio, ed il comandodi sicurezza, da prevedere, per laprotezione dellimpianto quandosi manifestano delle anomaliedi funzionamento.Il comando generalmente demandatoai contattori e solo in particolariapplicazioni agli interruttori automatici.

4. Il sezionatore4.1 DefinizioneLe Norme di riferimento IEC 947.3 /CEI EN 60947-3 definiscono il sezionatorecome un dispositivo meccanico di manovrache in posizione di aperto soddisfale prescrizioni specificate per la funzionedi sezionamento.

4.2 La composizione (fig. 11 e 12)Esso pu essere composto da: 3 o 4 poli di potenza; 1 o 2 contatti ausiliari di preaperturache permettono la separazionedel circuito in due tempi: primo - apertura del circuito di comando secondo - apertura del circuito di potenza inoltre pu essere munito di undispositivo di protezione contro lamarcia in mono fase mediante lutilizzodi fusibili a percussore; il sezionatore spesso munito di undispositivo porta-fusibili che assicuranouna funzione supplementare: la protezionecontro le correnti di cortocircuito.

4.3 Caratteristiche elettricheI parametri fondamentali che definisconoelettricamente un sezionatore sono: la tensione nominale d'isolamento (Ui) (1); la tensione nominale d'Impiego (Ue) (1); la tensione nominale di tenutaa impulso (Uimp) (1); la corrente nominale termicaconvenzionale in aria libera (I th) (1).La corrente nominale ammissibiledi breve durata (I cw). il valore di correntemassimo garantito dal costruttore, che

lapparecchio in grado di sopportareper un tempo definito senza danneggiarsi.(1) La definizione ed il significatodi queste grandezze, sar ripresain modo dettagliato nel capitolorelativo ai contattori.

4.4 Criteri di sceltaLa scelta di un sezionatore per unapartenza motore viene effettuata infunzione della corrente nominale e dellatensione di alimentazione del circuito daproteggere, in modo tale che risulti: I th (sez.) I /nominale-circuito peruna temperatura (T) di funzionamento; Ui (sez.) Ue/tensione dimpiegoinoltre occorre tener conto della correnteammissibile di breve durata (I cw)che deve sempre essere maggioreod uguale al valore della correntedi cortocircuito presente il linea.In altri casi, in presenza di apparecchidi protezione di cortocircuito del tipoa limitatore di corrente (ad esempiogli interruttori scatolati) si fa riferimentoalla corrente di cortocircuitocondizionata dal dispositivo limitatore.La scelta del sezionatore sar cosdeterminata dallesigenza di sopportaresollecitazioni termiche e dinamiche piridotte rispetto a quelle determinate dacorrenti di cortocircuito non limitate.

Nota: Quando il sezionatore equipaggiato con fusibili, la scelta devetenere anche conto della grandezza(o "taglia") e del calibro dei fusibili (A)pi idonei alla protezione.

Fig. 11Sezionatore con barre di sezionamentoe contatto di preapertura

Fig. 12Sezionatore porta fusibili e contattodi preapertura

In riferimento a quanto prescrivono leNorme IEC 947.4.1 - CEI EN 60 947.41,una partenza motore deve sempreessere equipaggiata da un insiemedi apparecchi capaci di assolverele funzioni fondamentali schematizzatein figura:

Distribuzione elettrica B.T.

Sezionamento

Protezione contro il cortocircuito

Protezione contro il sovraccarico

Comando/commutazione

3. Struttura di una partenza motore

1 3 5

2 4 6

13

14

1

2

3

4

5

6

13

14

Sezionatore

6


Schneider Electric

5. Il contattoreNel circuito Partenza motorelapparecchio pi diffuso e pi idoneoper assolvere la funzione di comandodi potenza il contattore.Questi apparecchi vengononormalmente costruiti con due distintetecnologie: su barra: nei quali il movimento deicontatti mobili si svolge lungo un arcodi circonferenza. Sono prevalentementeutilizzati ove sono in gioco, potenzeelevate o circuiti in corrente continuaper tensioni da 800 a 1500 V; compatti: in cui il movimentodei contatti mobili rettilineo.Sono i contattori pi utilizzati sia perle loro caratteristiche elettriche sia perlingombro ridotto, che per la facilitdi installazione e manutenzione.

5.1 DefinizioneLe norme definiscono il contattore come"un dispositivo elettromeccanico dimanovra", ad azionamento non manuale,adatto per effettuare un numero elevatodi manovre, capace di stabilire,sopportare ed interrompere delle correntiin condizioni ordinarie e di sovraccaricodel circuito ad esso interessato.

5.2 Caratteristiche costruttive(del tipo compatto)Un contattore elettromagnetico composto principalmente da:

uno o pi poli di potenza,racchiusi in una camera spegni arco,che assicurano il passaggio e/olinterruzione della corrente;

un circuito magnetico equipaggiatocon una bobina che rappresentalorgano motore del contattore;

una serie di supporti isolanti emetallici che servono per assemblaree fissare i vari componenti;

uno o pi contatti ausiliari conazione istantanea o temporizzata.

5.3 Caratteristiche elettricheLe grandezze nominali del contattorecitate anche dalle norme IEC 947.4.1 /CEI EN 60 947.4.1 e alle quali si fariferimento nelle fasi di dimensionamentoe di scelta sono le seguenti:

la corrente termica convenzionalein aria libera (I th);

la corrente dimpiego (I e);

la corrente temporanea ammissibile;

il potere di chiusura;

il potere di interruzione;

tensione nominale dimpiego (Ue);

tensione nominale disolamento (Ui);

tensione nominale di tenutaagli shock (Uimp);

Fig. 15Contattore su barra

Fig. 13Contattore compatto

Fig. 14Contattore compatto

la durata meccanica;

la durata elettrica;

le categorie dimpiego.

5.3.1 La corrente termicaconvenzionale in aria libera ( I th)Quando i poli dun contattoresono attraversati da una corrente,il contattore subisce un riscaldamentoper effetto "joule" direttamenteproporzionale al quadrato del valoredi questa corrente.

Questo riscaldamento determinala caratteristica fondamentale d'uncontattore che appunto la correntenominale termica convenzionale(I th) in aria libera.In pratica rappresenta il massimovalore di corrente definita per unaprova di riscaldamento di 8h conuna temperatura ambiente di 40 C,per la quale la sopraelevazione ditemperatura, sui vari componentidellapparecchio, sia tale da nonsuperare i limiti stabiliti dalle normeper un corretto funzionamento.

Nota: Le norme obbligano i costruttoridegli apparecchi a indicare questovalore che viene riportato sulletichettadi identificazione del contattore.

7Schneider Electric

Fig. 17

t: Sopra elevazione di temperatura ammessadalle norme sui morsetti: 65 C

Temperatura massima ammessa sui morsettidel contattore: Tmx = Ta + T = 40+65 = 105 C

5.3.2 Il potere di chiusura (Pc)Il potere di chiusura rappresentatodal massimo valore efficacedi corrente che un contattore capacedi stabilire senza che si verifichi ndeterioramento n saldatura dei suoicontatti di potenza.Il potere di chiusura indipendentedalla tensione d'impiego importante citare linfluenza che latensione dalimentazione del circuitomagnetico, svolge su questa grandezzadel contattore.Infatti, dal valore di questa tensionein rapporto alla tensione nominale dellabobina dipende la velocit di chiusuradel contattore, quindi lenergia cineticadelle masse in movimento e diconseguenza il tempo necessario allostabilimento della pressione dei contattia partire dal momento dellimpatto.Secondo le norme, il potere di chiusuradeve essere garantito per una tensionedi comando compresa tra 0,85 e 1,1 Un.

5.3.3 Il potere di interruzione (Pi)Tutte le volte che si aziona laperturasotto carico dei poli di potenza di uncontattore, tende a formarsi un arcoelettrico tra i suoi contatti fissi e mobili.Questo arco la causa principaledellusura dei contatti in quanto,la temperatura elevata che produce(40008000 C), provoca la fusione ela volatilizzazione di parte del metallodegli stessi contatti.

I dispositivi di soffiaggio e dispegnimento dellarco, di cui sonomuniti i poli, assicurano un'estinzionerapida della corrente e dellarcoelettrico che essa produce, anche nelcaso di interruzione durante il regimetransitorio che si manifesta allattodella messa in tensione di unutenza(per esempio, il picco di correntedi avviamento di un motore).Ma, se la corrente da interrompere troppo elevata, come nei casi di cortocircuito, o la tensione dimpiego divalore molto grande, lestinzionedellarco diventa difficile o addiritturaimpossibile (con conseguenze ditempi darco lunghi, fiamme allesternodella camera di estinzione, reinnescoe mantenimento dellarco), in questocaso il contattore pu subire seri danniche possono giungere alla completadistruzione dellapparecchio.Il potere di interruzione, quindi, esprimeil valore efficace massimo della correnteche un contattore pu interrompere, adun valore di tensione dimpiegoassegnata, senza manifestazioni darcopericolose e quindi senza alcundanneggiamento dellapparecchio.Le norme prevedono che i contatti delcontattore siano aperti per 50 manovreconsecutive alla massima correnteconsentita, senza che ci provochidanno alcuno.Il potere di interruzione diminuisceallaumentare della tensione dimpiego.

5.3.4 Corrente temporaneaammissibile il massimo valore di corrente cheun contattore pu sopportare per iltempo limitato (definito dalle norme),consecutivo a un tempo di riposo,senza che si generi un surriscaldamentodannoso per lapparecchio.La conoscenza di questa caratteristica particolarmente importantenel dimensionamento dei contattoriper il comando di motori con correntidi spunto elevate e con tempi diavviamento lunghi e ripetitivi.

5.3.5 La tensione nominaled'isolamento (Ui) quel valore di tensione al quale lenorme fanno riferimento, a secondadella concezione e del dimensionamentodellapparecchio, per definire le proveelettriche, le linee di fuga sulle partiisolanti e le distanze in aria tra i polidi un contattore.

5.3.6 La tensione nominale di tenutaagli shock elettrici (Uimp) il valore massimo di un impulsodi tensione di un profilo definito, che leparti isolanti di un contattore possonosopportare per un tempo, anchessodefinito, senza che si verifichidanneggiamento allapparecchio.

5.3.7 La tensione nominaledi impiego (Ue) quel valore di tensione che,combinato con la corrente nominaledi esercizio, determina limpiegodel contattore e alla quale fannoriferimento le prove corrispondentialle tipologie (categorie) di impiego; per i circuiti trifasi si esprimecon la tensione tra le fasi; la tensione di impiego pu essereinferiore o uguale alla tensionenominale di isolamento.

5.3.8 La corrente di impiego (Ie)La corrente dimpiego di un contattore la corrente nominale massimadellutenza che il contattore pustabilire, sopportare ed interromperein condizioni di utilizzo definite,senza superamento dei limiti disovratemperatura ammessi e senza undeterioramento eccessivo dei contatti.In servizio continuo per il quale icontatti restano chiusi senzainterruzioni per un periodo di tempoinferiore o uguale a 8 ore (circuiti diDistribuzione per esempio),o in impiego con carichi resistivi;la corrente dimpiego del contattorepu essere assimilata al valorecorrispondente della corrente termica(quindi I e I th) se la temperatura

I

I

8


Schneider Electric

dellaria ambiente risulta inferioreo uguale a 40 C.Ma i contattori, nella maggior partedelle loro applicazioni, sono impiegatiin servizio intermittente, soprattutto nelcomando dei motori asincroni agabbia.

Nota: Il diagramma (fig.18) riportaun esempio tipico di un serviziointermittente o ciclico relativo allacorrente di funzionamento di unmotore asincrono a gabbia.In queste condizioni di utilizzo, ilriscaldamento dei poli, non dipendesoltanto dalla corrente nominale delmotore e dal suo tempo di passaggioma, anche dai valori della corrente diavviamento e dellenergia dissipatadallarco, allapertura dei poli stessi,che producono un surriscaldamentosupplementare. proprio per queste ragioni che la

Fig. 19

Fig. 18Rappresentazione grafica della corrente e del tempo di funzionamento, di un motore con serviziociclico o intermittente

corrente dimpiego (I e) in serviziointermittente diversa dalla correntetermica (I th), ed in generale sempreinferiore.La corrente dimpiego dun contattore dunque definita in funzione del tipodella categoria di impiego, dellatensione dimpiego, della frequenza direte e della temperatura difunzionamento.

Quando lutenza da comandare unmotore lindicazione della I e sovente sostituita dal valore dellapotenza nominale del motore cheviene espressa in Kw (o CV).

La fig. 19 mostra un esemplare dietichetta riportata normalmente suicontattori con le caratteristichedell'apparecchio.Sulla stessa, come si potr notare,oltre alla conformit alle norme e alleomologazioni, sono riscontrabili i

parametri della corrente nominaletermica (I th) e delle tensioni con lerelative potenze dimpiego per ilcomando di motori asincroni a gabbia.

5.4 La durata meccanica definita dal numero di cicli dimanovra a vuoto, ovvero senzapassaggio di corrente attraverso i poli,che il contattore in grado di effettuaresenza guasti meccanici.La relativa prova, come richiesto dallenorme, viene effettuata con la bobinaalimentata alla tensione nominale.

5.5 La durata elettricaRappresenta il numero di ciclidi manovra sotto carico che i contattidei poli possono effettuare senzainterventi di manutenzione.Essa dipende dal tipo di impiego,quindi dalla corrente e dalla tensionenominale di impiego.

(I)

lavoro Ia avviamento

I nominale

riposo

(t) tempota tn

tf = 60% tr = 40% tf = 40% tr

T1 = 100 T2 = Tn

T1=T2=Tntempo di durata di un ciclo:esso comprende un tempo di funzionamento tf con passaggio della correntenominale I n ed I a ed un tempo di riposo tr con corrente nulla; (tf = 60% T) rappresenta il tempo totale di funzionamento (ta+tn); tr = 40% T rappresenta il tempo di riposo; Fm=tf/T=60/100=60%=fattore di marcia dato dal rapporto tra il tempodi funzionamento totale e la durata del ciclo T.

9Schneider Electric

La corretta scelta di un contattoredeve tener conto delle caratteristichedellutenza che alimenta, dei ciclidi corrente assorbita e delle modalitdi interruzione della corrente.Per assicurare agli utilizzatoriprestazioni ben determinate,in relazione alle diverse tipologiedi impiego, le norme definiscono,per i contattori, opportune categoriedi impiego, per le quali indicanole modalit di funzionamento cheil contattore deve garantire

6. La scelta del contattore in funzione del tipo di impiego6.1 Categorie d'impiego per contattoriLe categorie dimpiego normalizzatedefiniscono il valore di corrente e ditensione che il contattore deve stabilireed interrompere in funzione di unvalore definito di corrente e di tensione.Questi valori dipendono: dal tipo di utenza comandata.Esempio: motori a gabbia, motoriad anelli, carichi resistivi; dalle condizioni nelle quali si effettuanole chiusure e le aperture del circuito.

Esempio: motore in marcia o con rotorebloccato o in corso di avviamento,inversione del senso di marcia, frenaturain contro corrente.Inoltre, lindicazione della tensionee della corrente nominale dimpiego "I e"nellambito di una categoria di impiego,permette di conoscere i valori minimidel potere di chiusura e di interruzioned'un contattore, richiesti dalla Norma,e di calcolare la durata di vita elettricadellapparecchio, espressa in numerodi manovre sotto carico.

La tabella "A" riporta i valori del poteredi chiusura e di interruzione deicontattori in funzione delle categoriedimpiego per corrente alternata,previste dalle Norme IEC 947.4.1 /CEI EN 60947.4.1.

La tabella "B" indica i valorirelativamente alle categorie dimpiegocomando motori per corrente continua(che in questo Dossier Tecnicosaranno trattate in modovolontariamente sintetico).

Naturalmente le Norme prevedonomolte altre categorie dimpiego relativeal comando di altre utenze.Non potendo trattarle in questo Dossier,si rimandano i lettori interessati aifascicoli della Norme CEI attinenti.

Contattori - Tabella ACondizioni di chiusura e d'interruzione Condizioni di chiusura e d'interruzionecorrispondenti al funzionamento normale corrispondenti al funzionamento occasionale

Corrente alternata

Applicazioni Categoria Chiusura Interruzione Chiusura Interruzionecaratteristiche d'impiego I U cos I U cos I U cos I U cos Resistenze, carichi AC-1 I e Ue 0,95 I e Ue 0,95 1,5 I e 1,05 Ue 0,8 1,5 I e 1,05 Ue 0,8non induttivi odebolmente induttivi

Motori

Motori ad anelli: AC-2 2,5 I e Ue 0,65 2,5 I e Ue 0,65 4 I e 1,05 Ue 0,65 4 I e 1,05 Ue 0,65avviamento, interruzione

Motori a gabbia: AC-3 I e17 A6 I e Ue 0,65 I e 0,17 Ue 0,65 10 I e 1,05 Ue 0,45 8 I e 1,05 Ue 0,45avviamento, 17100 A 6 I e Ue 0,35 I e 0,17 Ue 0,35 10 I e 1,05 Ue 0,35 10 I e 1,05 Ue 0,35

Motori a gabbia o ad AC-4 I e17 A6 I e Ue 0,65 I e 0,17 Ue 0,65 12 I e 1,05 Ue 0,45 10 I e 1,05 Ue 0,45anelli: avviamento, 17100 A 6 I e Ue 0,35 I e 0,17 Ue 0,35 12 I e 1,05 Ue 0,35 10 I e 1,05 Ue 0,35

marcia ad impulsi

Contattori - Tabella BCondizioni di chiusura e d'interruzione Condizioni di chiusura e d'interruzionecorrispondenti al funzionamento normale corrispondenti al funzionamento occasionale

Corrente continua

Applicazioni Categoria Chiusura Interruzione Chiusura Interruzionecaratteristiche d'impiego I U L/R (ms) I U L/R (ms) I U L/R (ms) I U L/R (ms)

Resistenze, carichi DC-1 I e Ue 1 I e Ue 1 1,5 I e 1,05 Ue 1 1,5 I e 1,05 Ue 1non induttivi odebolmente induttivi

Motori shunt: DC-2 2,5 I e Ue 2 2,5 I e Ue 2 4 I e 1,05 Ue 2,5 4 I e 1,05 Ue 2,5avviamento,inversione di marcia,marcia ad impulsi

Motori eccitati in serie: DC-5 2,5 I e Ue 7,5 2,5 I e Ue 7,5 4 I e 1,05 Ue 2,5 4 I e 1,05 Ue 15avviamento,inversione di marciamarcia ad impulsi

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Qui di seguito sono rappresentatele categorie dimpiego principali percorrente alternata in funzionamentoordinario.

Categoria "AC1" (fig. 22)Si applica nel comando di tuttele utenze a corrente alternata il cuifattore di potenza almeno ugualeo maggiore a 0,95 (cos 0,95ovvero a carichi resistivi).Durante il funzionamento, il contattorestabilisce la corrente nominaledimpiego ed interrompe la stessa.

Categoria "AC2" (fig. 23)Questa categoria si riferisceallavviamento, alla frenaturain controcorrente ed alla marciaad impulsi dei motori ad anelli.Alla chiusura il contattore stabilisce lacorrente davviamento pari a circa 2,5volte la corrente nominale del motore.Allapertura deve interromperela stessa corrente ad una tensionemassima uguale alla tensione di rete.

Categoria "AC3" (fig. 24)Riguarda il comando dei motoria gabbia per i quali linterruzionedella corrente si effettua quandoil motore ha gi completato la fasedi avviamento.Alla chiusura il contattore stabilisceuna corrente di avviamento (I a)compresa tra 5 e 7 volte la correntenominale del motore.Allapertura il contattore interrompela corrente nominale assorbita dalmotore, linterruzione facile.Esempi dimpiego: tutti i motoria gabbia utilizzati abitualmenteper movimentare: ascensori, scalemobili, nastri trasportatori, elevatoria tazze, compressori, ventilatori,pompe, climatizzatori etc.

Categoria "AC4" (fig. 25)Questa categoria riguarda leapplicazioni di frenatura incontrocorrente e marcia ad impulsiper motori a gabbia.Il contattore stabilisce una correntedi avviamento che pu raggiungereun valore da 5 a 7 volte la correntenominale del motore.Quando apre interrompe questastessa corrente ad una tensione almassimo uguale alla tensione di rete.La tensione ai poli del contattore tanto pi alta quanto pi bassala velocit del motore. Linterruzionedella corrente molto gravosa.Esempi dimpiego: macchineda stampa, impianti e macchineper sollevamento, applicazioniin settori metallurgici.

Fig. 22

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

T1

ciclotempo

interruzione

corrente

Ie

T1ciclo tempo

interruzionecorrente

Ia2,5 In

T1ciclo

tempo

interruzione

corrente

Ia5 7 In

In

interruzioneinterruzione

T1ciclo

tempo

interruzionecorrente

Ia5 7 In

In

11Schneider Electric

6.2 Scelta di un contattore percomando motore in catagoria AC3Quando si opera la scelta per questotipo di utenza occorre in genere tenereconto:

delle caratteristiche nominalidel motore: potenza, tensione dialimentazione e valori di corrente,nominale e di avviamento;

del numero di cicli di manovre orarie; della durata di vita elettrica richiesta; delle condizioni di servizio eprecisamente dellambiente diinstallazione e della temperatura.dellambiente stesso.Per facilitare il lavoro degli utilizzatorie permettere una scelta rapida esicura, i principali costruttori di questi

apparecchi forniscono, sui cataloghispecifici, delle tabelle di scelta checonsentono di determinare il calibrodi contattore in rapporto alla categoriadimpiego per lettura diretta, senzabisogno di alcun calcolo, - comemostra ad esempio la tabella accantorelativa ad una serie di contattoriTelemecanique per impiego incategoria AC3.

La tabella (C) fornisce il tipo dicontattore in funzione della corrente,della tensione e della potenzadi impiego.

La tabella (D) invece permettedi conoscere la potenza massimaledimpiego dun contattore in AC3 perservizi gravosi: ovvero per applicazionispeciali in cui le manovre orariediventano elevate ed il fattore dimarcia assume un ruolo importante,di cui bisogna tenere conto,ai fini di evitare un surriscaldamentoinaccettabile per il contattore.

Inoltre, sugli stessi cataloghi, vengonoforniti dei diagrammi con una seriedi curve che consentono, per letturadiretta, di definire la durata di vitaelettrica del contattore, in rapportoalla categoria dimpiego scelta.Nella fig. 27 riportato un diagrammatipico delle curve di durata di vitaelettrica dei contattori.Esempio: per il contattore LC1-D12adatto al comando di un motoreda 5,5 kW/380 V avente una correntenominale In=11.5 A, il diagrammafornisce una durata di vita elettricapari a 2 milioni di cicli di manovra. bene evidenziare che le curvedel diagramma forniscono la duratadi vita elettrica dei contattori infunzione della corrente interrotta I c:pertanto, trovandoci in categoria AC3,come gi esaminato in precedenza,la corrente interrotta coincide con lacorrente nominale motore (I c=I n)ovvero I c=I n=11.5 A 12 A. Fig. 27

Tabella di scelta in funzione delle frequenze massime di manovore - Tabella DFattore Potenza LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1-di marcia d'impiego D09 D12 D18 D25 D32 D38 D40

85% P - - - - 1200 1200 1200 1200 1000 1000 10000,5 P - - - - 3000 3000 2500 2500 2500 2500 2500

25% P - - - - 1800 1800 1800 1800 1200 1200 1200

Tabella di scelta secondo le categorie AC3 - Tabella CCalibro LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1- LC1-dei contattori LP1- LP1- LP1-

K06 K09 K12 K16 D09 D12 D18 D25 D32 D38 D40

Corrente 440 V A 6 9 12 16 9 12 18 25 32 38 40d'impiego maxin AC-3

220/240 V kW 1,5 2,2 3 3 2,2 3 4 5,5 7,5 9 11

380/440 V kW 2,2 4 5,5 7,5 4 5,5 7,5 11 15 18,5 18,5

415 V kW 2,2 4 5,5 7,5 4 5,5 9 11 15 18,5 22

440 V kW 3 4 5,5 7,5 4 5,5 9 11 15 18,5 22

500 V kW 3 4 4 5,5 5,5 7,5 10 15 18,5 18,5 22

660/690 V kW 3 4 4 4 5,5 7,5 10 15 18,5 18,5 30

1000 V kW - - - - - - - - - - 22

Potenzanominaled'impiego P(potenzenormalizzatedei motori)

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6.3 Scelta di un contattorein categoria AC4Una volta definito un contattore percomandare un motore in CategoriaAC3, si pu porre la domanda se lostesso apparecchio possa funzionareanche in categoria AC4.La risposta, salvo applicazioniparticolari, affermativa, infatti leprestazioni dun contattore comela corrente nominale termica I th,ed il potere di chiusura e diinterruzione sono comunque attia soddisfare tutte le sollecitazionitermiche e dinamiche che questo tipodi categoria dimpiego impone:chiusura e apertura della correntedi avviamento, inversione bruscadel senso di marcia e frenaturain contro corrente.Il risultato che ne deriva per uncontattore dimensionato in AC3e chiamato a funzionare in AC4, quello di vedere lesaurimentorapido della sua vita elettrica a paritdi potenza del motore comandato.Il diagramma della fig. 28, relativoalle curve di durata in categoria AC4degli stessi contattori, permette dirilevare questa differenza.Infatti, riferendoci sempre al comandodel motore esaminato (5,5 kW/380 V/I n= 11,5 A) avremo il contattoreLC1-D12 che per un servizio del 100%AC3 fornisce sul diagramma fig. 27una durata di vita elettrica di 2 milionidi cicli di manovra, mentre, perlutilizzo al 100% AC4, sul diagrammadella fig. 28, per la corrente interrottaI c (corrispondente a 6I n=11,5x6=69),si rilevano solamente 0,08 milionidi cicli di manovre.Naturalmente, quando il numerodi manovre, anche se ridotte, accettabile, il contattore pu ritenersiidoneo, diversamente, occorre scegliereun contattore di calibro superiore.

6.4 Scelta di un contattoreper servizio misto AC3/AC4Una volta individuato il calibro dicontattore in funzione della potenza,della tensione o della correntedimpiego occorre calcolare la durataelettrica in numero di manovre (N)per un servizio misto specificato.

La formula

+

=1

NN

100X1

NN

4AC

3AC

3AC

permette di calcolare questo valore,dove: NAC3 rappresenta la durata elettricadel contattore per la corrente interrottain AC3; NAC4 rappresenta la durata elettricadello stesso contattore per la correnteinterrotta in AC4; X la percentuale di interruzioni incategoria AC4 che si vuole effettuaresul numero totale delle manovre.Esempio: se si prende in esameil contattore LC1-D12 per il comandodel motore da 5,5 Kw/380 V e si vuoleconoscere qual la sua durata per unservizio misto del 90% AC3 e 10%AC4 troveremo: NAC3 = 2 milioni di cicli di manovre; NAC4 = 0,08 milioni di cicli di manovre

1,010010X ==

e quindi:

.man/milioni 59,01

08,02

100101

2N =

+

=

6.5 Scelta di un contattore percomando motore in categoria AC2Come gi verificato, trattasi delcomando dei motori asincroni ad anelli.Anche in questo caso la sceltadel contattore viene effettuata suiparametri del motore analogamentea quanto visto per la sceltadel comando dei motori in AC3.La verifica o il calcolo della duratadi vita elettrica dei contattorisar effettuata sul diagramma di fig. 28considerando un valore della correnteinterrotta I c pari a 2 I n che appuntola corrente media di avviamentoper questo tipo di motore.

Fig. 28

Impiego in categoria AC2, AC4 (Ue 440 U)

corrente interrotta


7.1 Le categorie di impiego per motorialimentati in corrente continuaCome avviene per i motori alimentatiin corrente alternata anche per i motoriin corrente continua sono state definitedelle categorie di impiego.Tuttavia, poich la trattazione del presentelavoro specificatamente dedicata aimotori asincroni ad alimentazione incorrente alternata siamo costretti a limitarele tematiche relative alle categorie diimpiego in corrente continua alla loroelencazione, in base alle caratteristichedefinite dalla normativa IEC.Si avranno quindi:

7.2 Categoria di impiego DC1Si applica al comando di tutte le utenzea corrente continua in cui la costantedi tempo (L/R) inferiore od ugualead 1 ms. In pratica all'impiego concarichi prevalentemente resistivi.

7. La scelta del contattore per circuiti in corrente continua7.3 Categoria di impiego DC3Si riferisce ad utenze con costante ditempo < 2 ms.In pratica all' "avviamento" allafrenatura in controcorrente ed allamarcia ad impulso di motori c.c.shuntati.Alla chiusura il contattore stabilisceuna corrente di avviamento prossimaa 2,5 volte la corrente nominaledel motore.All'apertura il contattore dovrinterrompere una corrente inferioreod uguale a 2,5 volte la corrente diavviamento ad una tensione che saral massimo eguale a quella di rete.Tensione che sar tanto pi elevataquanto pi ridotta la velocitdel motore e quindi poco influentela sua forza controelettromotrice.Linterruzione avviene quindiin condizioni difficili.

7.4 Categoria di impiego DC5La categoria riguarda lavviamento,la frenatura in controcorrentee la marcia ad impulsi di motori c.c.eccitati in serie e quindi con costantedi tempo < 7,5 ms.Il contattore si chiude su una correntedi avviamento che pu raggiungerele 2,5 volte la corrente nominaledel motore.Allapertura si dovr interrompereuna corrente di intensit pari a quelladi avviamento con tensione paria almassimo a quella di rete.Il valore di tensione sar, anchein questo caso, tanto pi elevato,quanto pi bassa la velocitdi rotazione del motore.Questo tipo di interruzione,pur essendo meno gravosodi quello precedente e comunqueda considerarsi severo.

8.1 IntroduzioneIl difetto pi frequente che si riscontrasui motori elettrici il sovraccarico,che induce un aumento anomalodella loro temperatura nominalefino a pregiudicare la tenuta del loroisolamento elettrico e quindi ilfunzionamento dei motori stessi.Il fenomeno si manifesta per unincremento della corrente nominaleassorbita e per gli effetti termici che nederivano dovuti allaumento del valoreresistivo degli avvolgimenti dellamacchina.Le cause del sovraccarico possonoessere molteplici: laumento della coppia resistente; una mancanza di fase in alimentazione; cadute o squilibri di tensione; bloccaggio del motore a causadi un guasto meccanico ecc....

I limiti di normale riscaldamento perun motore elettrico ad una temperaturaambiente di 40C definito dalleNorme IEC 34.1 in funzione dellaclasse di isolamento del motore stesso.Tutti i superamenti della temperaturalimite delle macchine, conducono aduna riduzione della loro vita elettrica,in quanto provocano linvecchiamentoprecoce degli isolanti. stato verificato, per esempio, che ladurata di vita elettrica di un motore ridotta al 50% se la sua temperatura inregime di funzionamento permanente,supera di 10C quella definita dellasua classe di isolamento.Ci premesso evidente che unascelta corretta della protezione termica

8. Il sovraccarico e la protezione termica tradizionale

Fig. 29Il diagramma in figura riporta i limiti della temperatura ammissibile, stabiliti dalle norme, in rapporto allaclasse di isolamento delle macchine

Legenda:TA = temperatura ambienteEL = riscaldamento ammesso sulla macchina funzionante a corrente nominaleES = riscaldamento supplementare che tiene conto della temperatura media degli avvolgimentiTL = temperatura limite di funzionamento

contro il sovraccarico diventaindispensabile al fine di:

ottimizzare la durata di vitaelettrica dei motori interdicendo il lorofunzionamento in condizioni irregolaridi riscaldamento;

assicurare la continuit di eserciziodelle macchine e delle installazionievitando gli arresti intempestivi;

poter riavviare i motori il pi prestopossibile, dopo un arresto per

intervento termico e nelle miglioricondizioni di sicurezza.A tale proposito sono da molto tempopresenti sul mercato apparecchi,capaci di offrire una protezioneadeguata per ogni condizione difunzionamento del motore:

i rel termici a lamina bimetallica; i rel termorivelatori a sonda (PTC);

i rel termici elettronici multifunzione;

ecc.....

ES

TA

EL

TL

C180

165155

140130125120115

100

80

60

40

20

0E B F HClassi di isolamento

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8.2 Il rel termico a lamina bimetallica il tipo di apparecchio pi semplice epi diffuso nellambito della protezionedei motori contro il sovraccarico.La sua affidabilit ed il suo costo,relativamente basso, lo rendonoaltamente competitivo (fig. 30).

8.3 DefinizioneLe Norme IEC 947.4 definiscono"rel o sganciatore di sovraccaricoa lamina bimetallica" un dispositivoa tempo inverso la cui azione determinata dalleffetto termicodella corrente che percorre la suaparte sensibile, costituita da duelamelle di metalli diversi (condifferente coefficiente di dilatazione)detta appunto "lamina bimetallica".Gli apparecchi comunemente offertidal mercato sono:

tripolari: ovvero costruiti in origineper agire su tutte e tre le fasi della retetrifase normalmente usata perlalimentazione dei motori in c.a.

Tuttavia indipendentemente da cipossono funzionare sia in correntealternata che continua ed inoltre sucircuiti sia trifasi, sia bifasi, sia monofasi; compensati: cio insensibili allavariazione della temperatura ambiente(per esempio da -15 +60 C); in grado di rilevare la mancanzadi una fase: e quindi di evitareil funzionamento anomalo del carico; riarmabili: sia in modo manualeche automatico; regolabili: ovvero la correntenominale del motore da proteggereviene presa come valore di riferimentoper la taratura del termico.

8.4 Criteri costruttivie di funzionamentoLa soluzione costruttiva pi comune basata sullimpiego di 3 laminebimetalliche, con differenti coefficientidi dilatazione termica, ciascunadi esse inserita in un circuitoriscaldatore percorso dalla correntenominale motore.

Quando la corrente tende a superarei valori massimi di taratura, leffettotermico derivante agisce sulle laminein modo proporzionale al lorocoefficiente di dilatazione termica.Essendo le lamine solidali e di metallidiversi la struttura si deforma.La deformazione provoca, attraversoleverismi meccanici lapertura di uncontatto elettrico connesso in serieal circuito ausiliario che alimentala bobina del contattore.Ne consegue quindi laperturadei contatti di potenza del contattoreper effetto della sovratemperaturaUn rel termico per adempierealla sua funzione, deve quindiessere associato ad un dispositivodi comando ovvero pi comunementead un contattore.La norma IEC 947.4-1, recepiscequesta combinazione identificandolain un apparecchio composto di nome"avviatore", che viene definito:"associazione coordinata di duedispositivi atti al comando ed allaprotezione termica di un motore".

Fig. 31Lamine bimetalliche di un rel termico

Fig. 30Rel a lamina bimetallica della serie "d"

Fig. 34Vista interna di una rel termico con alloggiamento delle lamine

Fig. 33Schema elettrico del circuito di potenza e del circuito ausiliario di un avviatore

Fig. 32Meccanismo di sgancio del rel termico

- KM1

- F2

1 3 5

2 4 6

2 4 6

1/L1

3/L2

5/L3

A2

A1

1413

97 95

98 96

- F2

- S1

- KM1

9596

1314

A1

A2

1413

- KM1


8.5 Caratteristiche di funzionamentoI tempi di intervento dun rel termicosono proporzionali ai valori di correntedi sovraccarico che lo attraversano infunzione di caratteristiche stabilitedalle Norme IEC 947.4-1.La fig. 35 mostra la caratteristica tipicadi funzionamento associata agli altriparametri principali di un rel termico.Corrente Limite di intervento:definita I r la corrente di regolazionedel rel termico, un sovraccarico di1,05 I r non deve operare losganciamento del rel prima di 2 ore.Se invece il valore della sovracorrentediventa 1.2 I r lintervento del reldeve verificarsi prima di 2 ore.

8.6 Corrente limite di autoprotezione(ATL)Il punto finale della curva (a freddo)ATL, rappresenta il valore massimodi corrente (sempre con riferimentoalla corrente di regolazione) peril quale lapparecchio riesce ancoraad intervenire autoproteggendosi,ovvero senza subire danneggiamento.Questo valore, a seconda del tipodi apparecchio, pu essere compresotra 10 e 17 volte la corrente diregolazione massima del rel.

8.7 Curva di autoprotezione controle correnti di corto circuito (A.T.)Tutti i valori di correnti che superanoil punto ATL possono causare undanneggiamento del rel che inpratica pu subire: deformazione permanentedelle lamine bimetalliche; alterazione delle loro giunzioni; fusione del circuito riscaldatore; alterazione dei supporti isolanti. evidente quindi che le correntidi cortocircuito (i cui valori sono moltoelevati) possono causare gravi dannisia al rel, sia, di conseguenza, alcarico che il rel dovrebbe proteggere.La caratteristica AT (espressa inAmper al secondo) fornisce i tempidi passaggio delle correnti di cortocircuito, che il rel termico pusopportare senza che intervenganodanneggiamenti.Naturalmente il controllo elinterruzione di queste correntidovr essere garantito da adeguatidispositivi di protezione come i fusibilio gli interruttori automatici.

8.8 Protezione di un rel termicocontro le correnti di corto circuitoattraverso fusibiliLa fig. 36 mette in evidenza laprotezione (totale o parziale) di un reltermico, svolta dai fusibili in funzionedel calibro associato.

Fig. 35

a caratteristica di funzionamento a freddob caratteristica di funzionamento a caldo

i cui tempi di intervento corrispondonoad un terzo di quelli letti a freddo

A.T. caratteristica di autoprotezione controcorrenti di corto circuito

A.T.L. corrente limite di autoprotezione

Fig. 36

In genere i cataloghi specifici riportanoi valori (calibri) massimi dei fusibilicapaci di garantire ai rel termiciquesto tipo di protezione.

a caratteristica di funzionamentoa freddo del rel

b caratteristica di autoprotezioneA.T.L. corrente limite di autoprotezionec caratteristica di fusione di un fusibile

che protegge il rel per qualunquevalore di sovraccorrente

d fusibile "surcalibrato": protegge il relparzialmente, in questo caso soloper valori di corrente I cc.

Ir x 1,2

Ir x 1,05

Ir

10 15 50 100 corrente (A)(multipli di Ir)

AT

Amper x sec

ATL

b

a

tempo/sec

1000

100

10

1

0,1

0,01

I 15 IrIr 10 100 corrente (A)

tempo/sec

100

10

1

0,1

0,01

Icc

b

A.T.L.

dc

a

16


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tempo

2 h

4 min

10 s

4 s

11,05

1,21,5

7,2 17multipli di Ir

classe 20classe 10

classe 30

8.9 Protezione di un rel termicocontro correnti di c.to-c.to medianteinterruttore automaticoLa fig. 37 mette in evidenza lecaratteristiche di funzionamentodellassociazione rel termicointerruttore automatico.Il rel adeguatamente protetto pertutti i valori di correnti di corto circuitoinferiori a I cc.Per valori di corrente I cc superiori iniziail rischio di danneggiamento del rel.

8.10 Classe di intervento(o di sgancio)I rel termici, come abbiamo dettoproteggono i motori contro le correntidi sovraccarico.Le fasi di avviamento dei motoridanno per luogo a sovracorrentitemporanee (necessarie a fornirela coppia di spunto al motore). evidente che questosovraccarico temporaneo dovutoalla punta di corrente in avviamentonon dovr dare luogo ad interventodel rel; questultimo dovr intervenireunicamente qualora il tempodi permanenza nel circuito di questacorrente si allungasse e diventassequindi pregiudizievole per il motore.In funzione delle caratteristichedei motori, la durata del tempodi avviamento pu variare da alcunisecondi (per motori che si avvianoa vuoto o con macchine a bassainerzia), a qualche decina di secondi(per azionamento di macchine a pienocarico od a grande inerzia). dunque necessario che i rel termicidi protezione possono adeguarsia queste esigenze.Per rispondere a questo bisogno,le norme IEC 947.4.1 hanno definitoper i rel di protezione termica treclassi distinte di intervento: rel in classe 10 (per avviamentonormale); adatti ad applicazioniin cui il tempo di avviamentorisulti a 10 sec.Con una punta di corrente pari a 7,2 I n. rel in classe 20 (per avviamentopesante); per tempi di avviamento a 20sec. Con una punta di corrente 7,2 I n. rel in classe 30 (per avviamentispeciali); per tempi di avviamento a 30sec. Con una punta di corrente 7,2 I n. bene ricordare che la classe 10 e 20viene attribuita ai rel termici a laminabimetallica mentre la classe 30 normalmente attribuita ai rel termicielettronici generalmente predispostiper tutte e tre le opzioni. La fig. 38mostra le tre diverse caratteristiche difunzionamento dei termici in rapportoalla classe di appartenenza partendodallo stato freddo (T=20C) (1).

Fig. 37

a caratteristica di funzionamentoa freddo del rel

b caratteristica di autoprotezionec caratteristica e soglia di funzionamento

(I m) degli sganciatori elettromagneticidell'interruttore

(ti) tempo totale (max) di funzionamentodell'interruttore

tempi di intervento IEC 947.4 dei rel termici (2)classe 1,05 I r 1,2 I r 1,5 I r 7,2 I r10 A (3) >2 h


(1) Le curve corrispondenti a caldo nonrappresentate, possono essere derivateda quelle a freddo, considerando untempo di intervento ridotto di 1/3 a paritdi corrente di sovraccarico.(2) Tabella riepilogativa delle correntie dei tempi di intervento convenzionalidei termici stabilite dalle Norme IEC.(3) La classe 10 A riferita allaprotezione dei motori per il mercatoamericano.

8.11 Scelta di un rel termicoper la protezione di un motoreIn generale, nota la correntenominale del motore (I n), la corrente diavviamento (I a) ed il valore del tempodi avviamento (ta) della macchina.Si dovr scegliere un rel termico che,oltre a contenere la corrente (I n) nelsuo campo di regolazione, appartengaad una classe di intervento le cui curvedi sgancio (a freddo ed a caldo)corrispondenti, risultino posizionateimmediatamente dopo il punto "P"(avente come coordinate i valori dellacorrente di avviamento "I a" e deltempo di avviamento del motore "ta")come indicato in fig. 39.Valutare una corrente (I a) costanteper tutto il tempo di avviamento (ta),vuol dire assumere le condizioni pisevere per la scelta del termico:evitando i rischi di sganciointempestivi in fase di avviamento.

Nota bene: Per dimensionare un reltermico per la protezione di un motoread avviamento ciclico intensivoo per avviamenti lunghi e ripetitiviche superano le 30-60 manovre/h, sempre bene consultare il costruttoreper avere le necessarie informazioni.

Fig. 39Il grafico mette in evidenza il posizionamento delle curve di un rel termico in classe 10,rispetto al punto P di funzionamento del motore

tempo(s)

tf

tc

ta

0Ir = In Ia = 7 Ir

corrente ( x Ir)

P

andamentocorrented'avviamento

caratteristiche di funzionamento a freddo

caratteristiche di funzionamento a caldo

18


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9. La protezione a sonda termica9.1 Rel termorivelatore a sonda (PTC)Un controllo pi preciso dellatemperatura interna del motore puessere affidato alle sonde a termistorePTC, inserite dallo stesso costruttoredella macchina allinterno degliavvolgimenti e collegate ad un reldi sgancio e segnalazione.I termistori PTC sono resistenze concoefficiente positivo di temperatura.Il valore ohmnico di queste resistenzeaumenta, bruscamente, non appenala temperatura raggiunge una sogliadefinita TNF (temperatura nominaledi funzionamento).Questo effetto pu essere utilizzato siaper misurare la temperatura interna siaper far intervenire il rel di protezionedel motore.Limpiego di questa tipologia diprotezione ampiamente giustificatosia nella protezione dei motori adelevata cadenza di manovre,sia nei casi in cui il surriscaldamentodel motore pu trovare origine incause, differenti dai normali fenomenidi sovracorrente.Ad esempio in una temperaturaambiente troppo elevata od un difettodi ventilazione o refrigerazione,che non generano alcuna variazioneapparente della corrente diassorbimento.

Nota: Ricordiamo che questo tipodi protezione non garantiscela protezione del motore per il casodi sovraccarico a "rotore bloccato"lincremento termico sugli avvolgimentiper effetto della corrente, risulta moltopi rapido della soglia temporale diintervento delle sonde PTC.

Fig. 41Schema di collegamento di un rel a sonde PTC

Fig. 40Rel per la protezione a sonde termistore - PTC

Fig. 42Caratteristica duna sonda PTC.La curva mostra landamento della resistenza in funzione della temperatura.

L1

L2

L3

N

-K

T1

T2

Ue

Guasto

A1

o B1

A2

-Ko

96

98

97

95

-A

-M

-K

-K -H

resistenza(ohms)

10000

31002700165015001000750

100

20

10

-20 0

TN

F -

20C

TN

F -

5C

TN

FT

NF

+ 5

C

TN

F+

15C temperatura

( C)

zona di sganciamentoper corto circuito sonde

zona di riaggancio

zona di sgancio

1

1 3 sonde DA1-TT (250 A 25 C) in serie

TNF: temperatura nominale di funzionamento

dispositivo di comando disinserito

dispositivo di comando inserito


10.1 Rel termico elettronicomultifunzione:Principio di funzionamento e confrontocon il rel tradizionale (a laminabimetallica).Mentre nei rel tradizionali si sfruttala deformazione termica delle laminebimetalliche per rilevare le condizionidi sovraccarico del motore, nei relelettronici invece, il rilevamento affidato ad un sistema di calcoloa microprocessore dal qualedipendano tutte le unit funzionalidellapparecchio.Questo sistema, permette di calcolarele variazioni di corrente nel tempo,e quindi di costruire un'immaginetermica del motore, che pu esserevisualizzata allesterno dellapparecchio,in ogni condizione di funzionamento.Per ottenere la costruzionedellimmagine termica, sar sufficienteimputare sullo apparecchio i parametricaratteristici del motore da controllaree della tipologia di protezione termicanecessaria: corrente nominale; corrente di avviamento; classe di funzionamento del rel(10, 20, 30).Quando lenergia termica calcolatadal rel diventa tale da causaretemperature interne superiori a quelleammesse dalla classe disolamentodel motore, lo stesso rel intervieneper causare larresto della macchina.Il sistema a microprocessore checontrolla tutte le funzioni del rel in grado di evitare ogni generedi intervento intempestivo.Cosa impossibile per i rel a laminabimetallica che, a causa della lorodifferente inerzia termica, rispetto aquella del motore, non sono immunida questo difetto.Infatti nei servizi ciclici o negliavviamenti lunghi e ripetitivi, nonsempre le condizioni di sovraccarico,interpretate dal rel a laminebimetalliche, sono effettivamentedannose per un motore appositamentedimensionato per un servizio gravoso.In questi casi ci troveremo quindiin presenza dun funzionamento

10. La protezione elettronicaintempestivo: il riscaldamento dellaparte sensibile del rel e superioreal riscaldamento effettivo del motore.Questo implica un arresto inutile dellamacchina a discapito della produzione.Ecco quindi le ragioni per cui in questeapplicazioni decisamente preferibilelutilizzo di un rel elettronico, rispettoa soluzioni pi economiche.Questi rel elettronici vengono definiti"multifunzione" in quanto oltre a fornireun'eccellente protezione termica,con una classe di intervento 10-20-30commutabile, assolvono ad altrefunzioni sempre pi richieste,per impianti e macchine operatriciimpiegate in sofisticati processidi lavorazione.Queste funzioni sono:

controllo diretto della temperaturamediante sonde termistore PTC;

rilevamento dello squilibrio emancanza di fase;

rilevamento della corrente di fugaverso terra: (mancanza di isolamento);

protezione contro gli avviamentitroppo lunghi;

protezione contro il bloccaggiodel rotore;

protezione contro gli aumenti bruschidi corrente o di sovraccoppia;

protezione contro la marcia a vuoto;

protezione contro linversionedella sequenza delle fasi;

protezione contro lo sfasamentoeccessivo (misura del fattore dipotenza cos ); verifica della caduta di tensionein linea per le punte congiuntedelle correnti di avviamento dei motori.Inoltre questi rel, come mostrala figura 44, possono essere connessiin linea seriale con un PLC e consistemi di supervisione, consentendola visualizzazione e la gestioneremotata dei parametri dellemacchine.Le fig. 43 e 44 mostrano un modernorel elettronico multifunzioneTelemecanique di Schneider Electric.

Fig. 43

Fig. 44

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Schneider Electric

11.1 Dispositivi di protezioneIn caso di corto circuito, le partidellimpianto o della macchinainteressate al guasto, vengonosottoposte a delle sollecitazionitermiche e dinamiche che sonoproporzionali al quadrato dellacorrente di corto circuito ed al tempodi durata del guasto.

11. La protezione contro le correnti di corto circuito (1)Le conseguenze degli effetti dunacorrente di corto circuito possonoquindi essere devastanti per gli impiantie le utenze, oltre ad essere dannoseper le persone.

Nasce quindi lesigenza di limitareed interrompere nel pi breve tempopossibile il fenomeno al fine proteggereoperatori, impianti e macchine.

(1) Il lettore che desiderasse approfondire il tema sulle correnti di cortocircuito pu fare riferimento alla seguente pubblicazione:DOSSIER TECNICO NUOVA MAGRINI GALILEO N. 1 - CALCOLO PRATICO DELLE CORRENTI DI CORTO-CIRCUITO.

I dispositivi normalmente utilizzati pergarantire questo tipo di protezionesono di due tipi: le valvole fusibili dette pisemplicemente "fusibili"; gli "interruttori automatici" che infunzione dei dispositivi di protezioneche integrano possono essere:magnetici o magnetotermici.

12.1 Funzione e principiodi funzionamentoI fusibili sono dei dispositivi di protezionecontro le sovracorrenti il cui principiodi funzionamento basato sulleffettoJoule e cio, sul riscaldamento rapido,fino alla fusione, di un conduttoreattraversato dalla corrente.

12.2 Caratteristiche costruttive (fig. 45)I fusibili per i circuiti bassa tensione,sono tutti del tipo detto "a fusionecontrollata".Ovvero il conduttore (filo o lamella)che costituisce lelemento fusibilee inserito in una cartuccia di materialeplastico o ceramico, riempita di polverideionizzanti (comunemente sabbie abase di quarzo), il cui compito quellodi soffocare e spegnere rapidamentelarco elettrico, creatosi per la fusionedel conduttore interno per effettotermico della corrente di guasto.

12.3 La normativa di riferimentoPer le regole generali si fa riferimentoalla norme: CEI 32.1; IEC 269.1.Le prescrizioni per i fusibili ad usoindustriale sono invece definita dallenorme: CEI 32.4; IEC 269.2.

12.4 Caratteristiche elettriche nominali tensione nominale (Un): il valoredi tensione massima alla qualepu essere impiegato il fusibile pergarantire le caratteristiche dielettricheed il corretto funzionamento allattodel cortocircuito; corrente nominale (I n): la correnteche il fusibile pu sopportarein condizioni normali di funzionamentosenza che questa provochi n lafusione n un riscaldamento eccessivodelle sue parti.Definisce il "calibro" del fusibile.

La figura mostra le parti componenti un fusibile. Elemento fusibile. Corpo del fusibile. Polvere deionizzante. Collegamento tra fusibili e coltelli. Coltelli per il collegamento del fusibile alla base di supporto. Sistema di segnalazione (a percussore) di intervento

12. Il fusibile potere di interruzione nominale: il massimo valore di corrente,(ad un valore di tensione assegnato),che il fusibile pu interrompere senzaesplodere o comunque danneggiarela base porta-fusibili od altricomponenti vicini.Il suo valore generalmente compresotra 50-70-100 kA.

12.5 Caratteristica di fusione(o di intervento) la curva caratteristica (a tempoinverso) che indica il tempo di fusionedi un fusibile in funzione dellintensitdi corrente di corto circuito.I costruttori di fusibili indicanonormalmente la curva media di fusione(ricavata dai valori di tempo di prearcoe di fusione totale) come indicatonella fig. 46.Le caratteristiche del fusibile devonorispettare i limiti di funzionamentodettati dalle Norme CEI 32.1-4 /IEC 269... che variano a secondadel tipo di dispositivo.

Fig. 45

Il mercato propone molti tipi di fusibili:questa trattazione si limiter averificare i limiti per quelli pi diffusiovvero dei fusibili tipo gG (gI secondola precedente denominazione) e diquelli di tipo aM.

Limiti di funzionamento per fusibiliTipo "gG":Si definiscono: la corrente convenzionale di nonfusione (I nf): il valore di correnteche pu essere sopportato dal fusibileper un tempo stabilito (tempo-convenzionale, tc) senza che siverifichi la fusione.Viene espressa in multipli dellacorrente nominale I n: I nf=1,25 I n; la corrente convenzionale di fusione(I f): il valore di intensit correnteche provoca la fusione entro un tempostabilito convenzionalmente (tempoconvenzionale, tc): I f=1,6 I n.La fig. 47 riporta questi limiti diversificatiper calibri di fusibili tipo gG.


Fig. 46

Limiti di funzionamento per fusibiliTipo "aM"A differenza dei precedenti questidispositivi si attivano per intensitdi corrente pari a I f=4I n entro un limitetemporale massimo di 60 secondi.Per intensit di corrente I f=12,5 I n iltempo dintervento si riduce a 0,5 sec.La fig. 48 evidenzia i limiti difunzionamento per un fusibile tipo aM.

12.6 Caratteristica di limitazionedella corrente di corto circuitoDefinisce la capacit del fusibiledi limitare (durante il primosemiperiodo dell'onda di corrente)il valore di cresta massimadella corrente di cortocircuito.A tale proposito, i costruttori mettonoa disposizione diagrammi specifici(detti "caratteristiche di limitazione")sui quali sono riportate le correntidi cresta limitate dai fusibili (Ie),in funzione del valore efficacedella corrente presunta di corto (I ccp).La fig. 49 riporta una tipicarappresentazione di queste caratteristiche.

12.7 Caratteristiche di limitazionedell'energia passanteAnche in questo caso il produttorefornisce diagrammi che riportano ivalori dellenergia specifica lasciatapassare dai fusibili durante il tempodinterruzione, in funzione dellacorrente di corto circuito presunta.

Fig. 47

I nf = il fusibile non deve fondere primadi un tempo "tc"

I f = il fusibile deve fondere prima del tempo "tc"tc=1 h per fusibili fino 63 Atc=2 h per fusibili da 80 a 160 Atc=3 h per fusibili da 200 a 400 Atc=4 h per fusibili oltre 400 A

Fig. 48

ogni caratteristica di fusionedi un fusibile potrebbe averetre tipi di curve:

curva di prearco:indica il tempominimoper innescarsil'arco di fusione

curva media difusione

curva massimadi fusione totale

tempo/sec.

100

10

1

0,1

0,01

10 100 1000 10000 corrente (A)

caratteristica di fusione

di un fusibile 50 A

tempo/fusione

tc

Inf = 1,25 In

(If = 1,6 In)

caratteristica mediadi fusione

corrente (A)

If = 4 In

caratteristica mediadi fusione

60 sec.

corrente (A)

tempo di fusione (t)

I1 3

kA

1210

7

4

1,4

1

1 10

a b

50 kA 100

Icc presunta

In

100 A

50 A

10 A

6 A

Id/I1

Id

Id

Id

correntedi cortocircuito

corrente di cresta limitata

Fig. 49Un fusibile da 100 A (I n) limita una correntepresunta di 50 kA efficaci ad un valoredi 12 kA di cresta.

Per valori di corrente minori di "a" non si halimitazione.

Per valori maggiori o uguali di "b" si incominciaad avere l'effetto di limitazione.

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A titolo desempio vengono propostequi di seguito i diagrammi cheriportano le curve di fusione per fusibilitipo gG ed aM (fig. 50 e fig. 51).

12.8 Classificazione ed impiegodei fusibili tipo "gG" ed "aM"I fusibili tipo gG proteggono i circuitielettrici e le utenze dai corto circuitie dai sovraccarichi, sia di deboleche di forte intensit.Vengono normalmente impiegatiper proteggere le linee di distribuzionee tutte le utenze in generale.I fusibili tipo "aM", definiti normalmenteper uso combinato e detti altres"accompagnamento motore",proteggono contro corto circuitie sovraccarichi di elevata intensit.Sono concepiti infatti per sopportare,senza intervenire, i ripetuti avviamentidei motori e per completare il livellodi protezione debbono esserenecessariamente associatia dispositivi di protezione termicaper deboli sovraccarichi.

12.9 Criteri di scelta dei fusibiliper la protezione motore evidente che la scelta del fusibiledovr essere fatta sulla base di unvalore di corrente maggiore od ugualealla corrente nominale motore (I n),oltre a ci occorrer confrontarela compatibilit della sua curvacaratteristica di fusione con la curvacaratteristica (tempo, corrente diavviamento) del motore e con quelladel rel termico associato (tarato sullacorrente nominale del motore).Inoltre, secondo quanto prescritto dallaNorma IEC 947.4.1, il fusibile presceltonon dovr intervenire n in fasedi avviamento del motore n incondizione di rotore bloccato.Lintervento del rel termico dovrsempre precedere quello del fusibile.Infine, sempre in aderenza allanormativa IEC di riferimento, il poteredi interruzione del fusibile scelto,dovr essere di valore maggioreo uguale alla intensit massimadella corrente di corto circuito presunta(nel punto di installazione).

Influenza della temperaturaNormalmente le caratteristiche deifusibili sono definite in base ad unatemperatura di funzionamento di 20C.Tali caratteristiche si mantengonopressoch inalterate fino a temperaturedi 40-45 C. Per temperature superiori normalmente raccomandato disurclassare il fusibile del 5% per ogni10C di aumento della temperatura.

Fig. 50Curve medie di fusione per fusibili "gG"

Fig. 51Curve medie di fusione per fusibili "aM"


In fig. 52 sono rappresentatele scelte: CORRETTA ed ERRATAdi fusibili di tipo gG ed aM per laprotezione di un motore: potenza 15 kW; tensione 380 V; intensit di corrente nominale I n=30 A; intensit di corrente di avviamentoI a=7.2 I n= 7.2 * 30 A 220 A; tempo di avviamento ta2 sec.;

Raccomandazione in generaleper la corretta interpretazionedella curva caratteristicadi funzionamento del fusibileLenergia di prearco (valore minimodellenergia passante capace diinnescare la fusione) condizionasensibilmente il funzionamentodel fusibile: per tenere conto di questovalore e quindi per evitare interventiintempestivi, raccomandabile che lacaratteristica media di funzionamentovenga scelta in funzione di un puntoimmaginario avente le coordinate delpunto "P" maggiorate cautelativamentedel 10%.

(1) Caratteristiche di funzionamento a freddo del rel termico tarato a 30 A.(2) Caratteristica del fusibile (gG) da 40 A (scelta ERRATA). Il fusibile pur essendo di un calibro

superiore alla In del motore (40>30 A), non soddisfa le condizioni di avviamento del motore:per valori di I a, interviene infatti in un tempo tf

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13. Linterruttore automatico13.1 Introduzione un apparecchio che svolge un ruolodeterminante nelle applicazioni elettriche.Le sue funzioni fondamentali sonoquelle di sezionare e proteggere unarete od un utenza elettrica.In questa trattazione linterruttore verrconsiderato per le funzioni diprotezione che in grado di svolgerenello ambito della partenza motore.

13.2 Le caratteristiche elettricheIndipendentemente dalle caratteristichecostruttive e dalle funzioni a cuiassolve, un interruttore automaticoviene sempre definito attraverso leseguenti caratteristiche fondamentali.

13.3 Tensione nominale di impiego (Ue) il valore di tensione che a cui puvenire comunemente impiegatolapparecchio ed alla quale sonoriferite le prestazioni dello stesso.Per gli interruttori multipolari vieneespressa come tensione concatenatae deve sempre essere maggioreod uguale alla tensione della retedi alimentazione.

13.4 Tensione nominaledi isolamento (Ui) la tensione alla quale fannoriferimento le prove di isolamentodellinterruttore; ovvero la tensionemassima a cui lapparecchio puessere utilizzato in assoluta sicurezza.La tensione disolamento rappresentaquindi la massima tensione nominaledimpiego dellapparecchio: UeUi.

13.5 Tensione nominale di tenutaagli shock (Uimp)Corrisponde al valore massimo ditensione di impulso che lapparecchiopu sopportare, per un tempo definito,senza che si abbia danneggiamentodelle parti isolanti.

13.6 Corrente nominale termica ( I th) la corrente massima che linterruttorepu sopportare in normali condizionidi servizio, ad una temperaturadi funzionamento di 40C, senzache il suo riscaldamento superi i limitiimposti dalle norme.

13.7 Potere di interruzione I CU e ICSLa nuova Norma IEC 947.2 definiscedue poteri di interruzione distinti:n il potere di interruzione estremo (I CU):rappresenta la pi elevata intensitdi corrente di cortocircuito (espressain kA efficaci) che un interruttoreautomatico pu interrompere ad unatensione d'impiego assegnata.

Fig. 54Interruttore automatico della serie NSMerlin Gerin.

Il valore definito dal superamentodi una sequenza di manovre incortocircuito secondo il ciclo O-COdefinita dalle norme IEC. il parametro che, al momento dellascelta andr confrontato con il valore dellacorrente di cortocircuito presunta nel puntodi installazione dellinterruttore, la sceltasar corretta quando: I CU I ccp. il potere di interruzione di servizio (I CS):I cu, definito al punto precedenterappresenta la corrente di cortocircuitomassima che linterruttore potrebbeessere chiamato ad interrompere.In realt il calcolo della corrente dicortocircuito presunta si fa con ipotesi dimassima che vanno tutte a favore dellasicurezza, in particolare si ipotizza: il corto circuito avvienecontemporaneamente su tutte le fasi il corto circuito privo di arcoelettrico ("imbullonato"), e quindinon si considerano valori resistivi le resistenze di collegamentonon vengono considerate il cortocircuito viene ipotizzato suimorsetti lato valle dellInterruttoresenza interposizione di cavi le resistenze di collegamento sonocalcolate alla temperatura ambienteo alla temperatura normaledi funzionamento dei cavi, mentrein realt, durante il cortocircuito,queste resistenze diventano maggioriallaumentare della corrente ed acausa degli effetti termici che questastessa induce.

Ne risulta quindi che al verificarsidi un cortocircuito, il suo valore realedella corrente sar notevolmente ridottorispetto a quello presunto (I ccp).Per queste ragioni la norma IEC 947.2identifica un nuovo parametro I csdefinendolo "Potere di interruzionedi servizio". il valore della massima correntedi cortocircuito che linterruttore ingrado di interrompere per tre volte,secondo il ciclo (O-CO-CO) allacorrispondente tensione nominaledi impiego: questo valore vienedichiarato dal costruttore utilizzandovalori percentuali del potere diinterruzione estremo (I cu).Lo scopo di questa nuovacaratteristica quello di fornireal dispositivo, non solo la capacitdi interrompere in tutta sicurezzale correnti di corto circuito ma,anche lattitudine a conservarele normali condizioni di servizio dopoaver interrotto la corrente di guasto.Le condizioni previste per la verificadell'interruttore prevedono infatti che lostesso dopo leffettuazione del ciclo diinterruzione O-CO-CO assicuri ilnormale funzionamento a correntenominale.Nella fig. 53 viene riassunta laquestione del potere di interruzionesecondo la definizione delle vecchieNorme IEC e di quelle attuali.

Potere di interruzione

IEC157.12 poteri di interruzione:- Pdi ciclo P1 (O-CO)- Pdi ciclo P2 (O-CO-CO)

Nuova norma IEC 947.2potere di interruzione estremo: I cu ciclo O-CO

Prestazione di attitudine al servizio

IEC157.1nessuna prescrizione

Nuova norma IEC 947.2prestazione di interruzione servizio:I cs ciclo O-CO-CO + verifica dell'attitudine all'impiego

Icu Icc trif corto circuitosui morsettia valledell'apparecchio

corto circuitoa fine lineacon arco

evento diprobabilitmolto scarsa

evento diprobabilit bassa,ma pi elevatache per 1

Fig. 53


13.8 Il potere di chiusura ( I cm)Rappresenta la pi alta intensit dicorrente di corto circuito (espressa in kAdi cresta) che linterruttore pu stabilirealla tensione nominale di impiego. definita dal costruttore come multiplodi coefficiente n del potere diinterruzione I cu secondo valorispecificati dalla citata norma IEC.I cm=I cu x n) dove n=1.5-2.2.Nota bibliograficaIl lettore che desiderasse approfondirele tematiche relative agli InterruttoriAutomatici (aspetti normativi,evoluzione costruttiva e tecnologica,tecniche di interruzione, modalitdimpiego etc.), pu fare riferimentoalle seguenti pubblicazioni: Dossier tecnico n. 2 Nuova MagriniGalileo - Evoluzione degli interruttoriBT con le norme IEC 947.2; Dossier tecnico n. 5 Nuova MagriniGalileo - Interruttori in BT perlimitazione di corrente.Nella trattazione abbiamo infattirichiamato soltanto le caratteristichedegli interruttori automatici chevengano considerate nellimpiegodegli stessi per la protezionedei motori.

13.9 Criteri di scelta degli interruttoriautomatici nella protezione motore(fig. 55)Gli orientamenti di scelta di uninterruttore automatico con funzionidi protezione dai cortocircuiti nellepartenze motore fanno riferimentoai seguenti parametri: tensione della rete di alimentazionedel motore (U).La tensione nominale dimpiego (Ue)dellinterruttore deve essere sempredi valore maggiore o uguale a quelladi alimentazione del motore.Ue U; corrente di cortocircuito presunta (I ccp).Il potere di interruzione estremo (I cu)dellinterruttore per la tensionedimpiego assegnata dovr essere divalore maggiore o uguale alla correntedi corto circuito presunta nel punto diinstallazione: I cu I ccp; corrente nominale del motore (I n).La corrente nominale difunzionamento (I th) dellinterruttoredovr essere maggiore o ugualealla corrente nominale del motore (I n)in considerazione della temperaturanormale di funzionamento.I th I n; tipo di associazione.Se linterruttore automatico dovressere associato ad un avviatore

gi provvisto di rel termico controi sovraccarichi, potr essere sceltocon protezione solo magnetica(sganciatori magnetici). corrente di avviamento motore (I a)e scelta della soglia degli sganciatorimagnetici (I m).Linterruttore dovr essere sceltocon sganciatori magnetici a sogliadintervento (I m) compatibile conla corrente di avviamento motore (I a),ovvero tale da non provocare sganciintempestivi in fase di avviamento.I m > I a.

La fig. 56 mostra un esempiodi scelta degli sganciatori di uninterruttore per la protezionedi un motore di: potenza 45 kW; tensione 380 V; corrente nominale I n=85Aed I a=/ I n85A; corrente di avviamentoI a = 7.2 I n = 7.2 * 85 600A.

La soglia di sgancio (I m) deglisganciatori sempre compresa in unafascia di valori di corrente i cui limiti(definiti dalla norma IEC) varianopercentualmente da -20 a +20 Im.Onde evitare sganci intempestividellinterruttore necessario sceglieresganciatori il cui valore minimo dellasoglia di sgancio (I m) risulti almeno

maggiore del 20% rispetto alla (I a)del motore: I m = I a + 20% I a.Ad esempio, linterruttore CompactNS100 avente una soglia magneticaI m=1300 A soddisfa ampiamentequeste condizioni in quanto risultaI m-20% > I a (ovvero 1040 A > 600 A).

Fig. 56

Fig. 55

In = 85 A Im = 1300 A

Ia = 600 A

corrente (A)

fascia difunzionamentodell'interruttore

caratteristichedel rel termico

temposec.

ta

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Schneider Electric

14.1 Tabella di confrontoLa tabella propone una sinteticaanalisi dei due sistemi comparandonevantaggi e svantaggi.

14. Confronto tra fusibili ed interruttori automatici

Protezione onnipolare

Limitazione correntidi corto circuito

Autoconsumo

Accessoriabilit

Uso come apparecchiodi manovra

Manutenzione

Ripristino dopo guasto

Praticit di montaggio

Costo

InterruttoriFusibili

Trascurabile

Si con prodotti specifici

Si sempre

Vastissima

Possibile senza limitazioni

Praticamente nulla

Immediato

Alta

Medio/Alto

Possibile con prodottie schemi adeguati

Si sempre

Basso ma non trascurabile(soprattutto se pi fusibili in serie)

Limitata

Possibile con precauzionie prodotti adeguati

Semplice

Laborioso

Discreta

Basso se non si creanoschemi particolari

Caratteristica


15.1 IntroduzioneGli apparecchi normalmente impiegatiper assolvere le funzioni di comandoe protezione dei motori elettrici comepi volte affermato sono: i contattori,i rel termici, i fusibili e gli interruttoriautomatici.Questi apparecchi permettonodi comandare, proteggere, isolare(sezionare) i circuiti elettrici e le utenzeed al contempo garantire la protezionedegli operatori.Per, affinch gli stessi possanosvolgere la loro funzione in modoottimale, la loro associazione deveavvenire secondo precise regole dicoordinamento suggerite dalle normerelative agli avviatori.Nelle pagine seguenti verificheremoe studieremo le modalit dicoordinamento di un avviatore direttoassociato a dispositivi di protezione,quali il fusibile o linterruttoreautomatico secondo le normeIEC 947.4 / CEI EN 60 947.4.1

15.2 Verifica del potere di chiusurae di interruzione del contattoreassociato a dispositivi di protezioneQuando una associazione di contatoree rel termico presa in esame percomandare un motore, la sua scelta,oltre a seguire i criteri verificati inprecedenza, deve garantire, secondole norme IEC, che il potere di chiusura(Pc) e di interruzione (Pi) delcontattore siano in grado di permettereallo stesso di stabilire od interromperetutte le correnti inferiori o uguali allacorrente I c.Il valore di I c viene stabilito incorrispondenza del punto di intersezionetra la caratteristica di funzionamentoa freddo del termico e la caratteristicadi funzionamento del dispositivo diprotezione (interruttore o fusibile).La corrente I c rappresenta il valore dicorrente che le norme prendono comeriferimento per la discriminazione trala soglia di intervento del rel termicoe quella del dispositivo di protezione.Nei grafici riportati qui a fianco, fig. 57e 58, viene rappresentato il valore di(Pc) e (Pi) di un contattore associatoad un rel termico in combinazione siacon un fusibile, sia con un interruttoreautomatico.

15.3 Coordinamento di un avviatore(contattore+rel termico) associatoa fusibile secondo norme IEC 947.4 /CEI EN 60 947.4.1Il grafico della fig. 59 riporta larappresentazione tipica delcoordinamento degli apparecchidestinato al comando e alla protezionedi un motore di: potenza 22 kW; tensione 380 V; corrente I n=45 A, ed I a=315 A; tempo di avviamento in classe 10.

15. Il coordinamento degli apparecchi nella partenza motore

Fig. 57

Fig. 58

Fig. 59

In corrente (A)

temposec.

1000

100

10

1

0,1

0,01 Ia Ic = Im

campo "s" campo "c.c"

A.T.

(Pc) (Pi)

C

a

temposec.

1000

100

10

1

0,1

0,01In Ia Ic

campo "s" campo "C.C."

corrente(A)

A.T.

(Pc) (Pi)

c

a

tempo (s)

10000

1000

100

10

1

ta

0,1

0,01

In = 45

100 200 315 1000 10000

campo "s" campo "c c"

Ic

Ic'

Iccp = Iq

corrente (A)

rel termico caratteristiche a freddo e a caldo

caratteristiche di fusione del fusibile "aM" da 50 A (calibro corretto)

caratteristiche di fusione di un fusibile "surcalibrato"da 80 A "aM"

caratteristiche di autoprotezione (A.T.) del termico

Potere di interruzione e di chiusura del contattore:Pc-Pi > Ic (LC1-D50)

Potere di interruzione e di chiusura del contattore:Pc'-Pi' > Ic' (LC1-D80)

Pc'Pi'Pc

Pi

funz

iona

men

to re

l te

rmic

o

a ro

tore

blo

ccat

o

C caratteristica di funzionamentodegli sganciatori elettromagneticidell'interruttore

I m soglia di funzionamentoI c corrente in corrispondenza al punto

di intersecazione delle caratteristiche(a) e (c)

Nota: in questo tipo di assiocazione I a (I c)coincide con I a (I m)

Motore:I n = corrente nominaleI a = corrente di avviamento

a caratteristica di funzionamentoa freddo del rel termico

A.T. caratteristica di autoprotezionedel rel termico

C caratteristica di funzionamentodel fusibile

Pc=Pi potere di chiusura e interruzionedel contattore

I c corrente in corrispondenza al puntodi intersecazione delle caratteristiche(a) e (b)Pc=Pi I c

Campo "S" = zona delle correnti di sovraccaricoCampo "CC" = zona delle correnti di corto-circuito

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Schneider Electric

Riepilogando le funzioni degliapparecchi avremo: rel termico: protegge il motore e la linea dialimentazione da tutte le correnti disovraccarico comprese nel campo "S" deve permettere il passaggio dellacorrente di avviamento (I a) perlintervallo di tempo (ta) senzaintervenire deve intervenire invece in caso diblocco del rotore, punto ( )proteggendo sia il motore che il fusibile contattore: apparecchio di manovra,con potere di chiusura (Pc) e diinterruzione (Pi), deve poter stabilireed interrompere oltre alla correntenominale (I n) e quella di avviamento(I a), tutti i valori di corrente compresetra questultima e la corrente (I c),quando il rel lo richiede; fusibile: al dispositivo demandatal'interruzione delle correnti dicortocircuito che superano il valore dellacorrente I c fino al valore massimo dicorrente di cortocircuito presunta (I ccp).Il suo potere di interruzione avrpertanto un valore corrispondentead I I ccp.Il fusibile non dovr intervenire n allostabilirsi della corrente di avviamento(I a) n per qualunque altro valore dicorrente inferiore alla (I c), il rel termicopreceder il suo funzionamento.Sul diagramma evidenziata lacompleta protezione offerta dal fusibile(50 A) nei confronti del rel termicoper qualunque valore di correntedi cortocircuito e la protezione soloparziale fornita da un fusibile (da 80 A)sovracalibrato.Da ci risulta evidente che,

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