Condizioni di guasto per impianti elettrici a tensione o ... · corrente pari a (6÷8) volte quella...
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Present.
prof. ing. Maurizio Fauri
Condizioni di guasto per impianti elettrici
a tensione o corrente costante
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Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica
Università degli Studi di Trento
Corrente Nominale: valore di corrente tollerata dalla conduttura
o dalla rete in condizioni di funzionamento normali
Condizione di Sovracorrente: funzionamento con livelli di
corrente superiori al valore nominale
Sovraccarico: circuito elettricamente sano interessato da una
corrente pari a (6÷8) volte quella nominale (corrente di spunto di un
motore elettrico, linea con corrente superiore alla propria portata);
sollecitazioni termiche
Corto Circuito: sovracorrente dovuto ad una perdita di isolamento
che comporta intensità di corrente molto elevate (contatto tra due parti
del circuito a diversa tensione)
sollecitazioni termiche,
sollecitazioni meccaniche
archi elettrici
Introduzione
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I b I n I z
Condizioni di funzionamento normali
protezioneAppar. di
Conduttura Utilizzatore
I = corrente di impiegob
I = corrente nominaleno di regolazionedel dispositivodi protezione
I = portata dellazcondutturain regimepermanente
della conduttura
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Tutte le correnti provocate da una sovracorrente (sovraccarico o
corto circuito) devono essere interrotte in un tempo non superiore
a quello che riscalda i conduttori alla temperatura limite ammissibile
Effetto termico
t0
Tamb
Tnom
T
Regime normale
Sovracorrente
t1 t2
Tlimite
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FlI
1I
2
2 d
Sollecitazione termica: il surriscaldamento è dovuto ad una corrente
molto intensa ma di breve durata pertanto nel bilancio termico si può
considerare nullo
lo scambio di calore
con l’esterno;
integrale di Joule = energia specifica che il dispositivo di protezione lascia
fluire nel tempo di intervento
K2S2 = energia specifica massima sopportabile dal cavo prima che la sua
temperatura superi quella massima prevista dalle norme
Sforzi elettrodinamici: forze elettrodinamiche
di repulsione o di attrazione causate dalle
azioni elettrodinamiche nei conduttori
percorsi da correnti.
0
t i
i2
dt K2S
2
Effetto delle sovracorrenti
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In prima approssimazione, per sovracorrenti di durata non superiore a
5 s, il tempo limite t [s] per portare i conduttori alla temperatura
limite è:
2
22
I
Skt
S sezione del conduttore [mm2]
I corrente effettiva di corto circuito [A]
k 115 per cond. in rame isolati in PVC
135 per cond. in rame isolati in gomma butilica
143 per cond. in rame isolati in EPR o XLPE
74 per cond. in alluminio isolati in PVC
87 per cond. in alluminio isolati in gomma
115 per giunzioni saldate a stagno tra cond. in rame (160 °C)
Effetto termico
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Dispositivi che assicurano la protezione sia contro i sovraccarichi sia
contro i corto circuiti
- Interruttori automatici provvisti di sganciatori di corrente
- Interruttori combinati con fusibili
- Fusibili
Dispositivi che assicurano solo la protezione contro i sovraccarichi
- Dispositivi con caratteristica generalmente a tempo inverso il cuipotere di interruzione può essere inferiore alla corrente di cortocircuito
Dispositivi che assicurano solo la protezione contro i corto circuiti
- Interruttori automatici con sganciatori di sovracorrente
- Fusibili di tipo gG od aM
Dispositivi di protezione
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Protezione magnetotermica
t
II n
Protezione
magneticaProtezione
termica
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1 Leva di comando
2 Meccanismo di scatto
3 Contatti di interruzione
4 Morsetti di collegamento
5 Lamina bimetallica (rilevamento sovraccarichi)
6 Vite per la regolazione della sensibilità
7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti)
8 Sistema di estinzione d'arco
Protezione magnetotermica
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La scelta dei dispositivi
di protezione deve tener
conto delle correnti
di corto circuito
massime e minime
Protezione magnetotermica
t
II n Icc min Icc max
Icc minIcc max
I2 t
I
I n Icc min Icc max
Cavo B
Cavo A
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In
t
I
I M
Fusibile
Interruttore
Negli impianti in bassa tensione vengono spesso utilizzate protezioni di
massima corrente in cascata.
Nel caso di interruttore automatico magneto-termico e fusibili, la
protezione contro sovracorrenti è assicurata dall'interruttore automatico
nell'intervallo di correnti (In IM)
mentre il fusibile
interviene per
correnti di valore
maggiore di IM
Protezione di massima corrente in cascata
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Protezioni di massima corrente in cascata con interruttori automatici a
diverso potere di interruzione
InB
t
I
I M
Interruttore B
Interruttore AA
B B B
InA
t 2
t 1
L'interruttore
generale A ha una
caratteristica di
intervento superiore
a quella della
generica protezione
derivata B
Protezione di massima corrente in cascata
L'interruttore B interviene più
tempestivamente dell'interruttore A, e quindi
per I < IM viene disalimentato soltanto il
carico interessato dal guasto (selettività)
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Interruzione di un circuito puramente resistivo
Apertura
Reinnesco
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A tensione costante
RS
T
N
RS
T
MT / BT
Sistemi di alimentazione
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Inserzione diretta
Linea secondaria
Inserzioneindiretta
Trasformatoreautoregolatore
A corrente costante
Sistemi di alimentazione
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A tensione
costante
A corrente
costante V
I
Ri
V0
I
1
2
IRRi
V
J
JA
B
+
V R
I
+
I
V
E
E
R AC
B
+
i
I cc
R Ii
VV
1
2
V = E - R Ii
R
I
Sistemi di alimentazione
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Università degli Studi di Trento
(1.500 Vmax – 9,6 A)
I sistemi di alimentazione a corrente
costante sono normalmente realizzati
mediante dei generatori a tensione
variabile
Sistemi di alimentazione a corrente costante
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Università degli Studi di Trento
(1.500 Vmax – 9,6 A)
Icc max
Massima correntedi corto circuito
Icc min
Minima correntedi corto circuito
In
t
I
I M
Fusibile
InterruttoreProtezione mediante corto circuito dell’alimentazione
Protezione mediante apertura dell’alimentazione
Sistemi di alimentazione a corrente costante
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Università degli Studi di Trento
Sistema d’alimentazione degli impianti a corrente costante con
convertitore statico di corrente (schema attuale) delle cabine di
illuminazione pubblica del Comune di Padova
1.500 Vmax – 9,6 A
1.500 Vmax – 9,6 A
1.500 Vmax – 9,6 A
1.500 Vmax – 9,6 A
10/20 kV400 V
3.000 V
9,6 A
In
t
I
I M
Fusibile
Interruttore
In
t
I
I M
Fusibile
Interruttore
In
t
I
I M
Fusibile
Interruttore
Sistemi di alimentazione a corrente costante
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Università degli Studi di Trento
Schema elettrico di principio dell’alimentatore statico a corrente
costante
Circuito serie
da rete 400 V
I = cost
L
C
Alimentazione
Sistemi di alimentazione a corrente costante
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Università degli Studi di Trento
Convertitori statici
Sistemi di alimentazione a corrente costante
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Università degli Studi di Trento
Gli impianti fotovoltaici sono da considerarsi sistemi di alimentazione a
corrente costante
Impianti fotovoltaici (a corrente costante)
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Caratteristica tensione-corrente di un modulo fotovoltaico al variare
dell’intensità di insolazione
Impianti fotovoltaici (a corrente costante)
700 W/m2
1000 W/m2
900 W/m2
800 W/m2
500 W/m2
600 W/m2
Corrente
Tensione
ICC
VO
Zona di lavoro(MPP)
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Università degli Studi di Trento
Sperimentazione sull’impianto FV di Marco (Rovereto) dei VV.F.
Impianti fotovoltaici (a corrente costante)
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Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica
Università degli Studi di Trento
Interruzione dell’arco elettrico mediante corto circuito dell’alimentazione
Impianti fotovoltaici (a corrente costante)
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Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica
Università degli Studi di Trento
Interruzione dell’alimentazione mediante apertura del circuito
Impianti fotovoltaici (a corrente costante)