La protezione dei circuiti di sicurezza
La protezione dei circuiti di sicurezza
Pubblicato il: 21/10/2003
Aggiornato al: 21/10/2003
di Gianluigi Saveri
Sovraccarico, cortocircuito, contatti indiretti: come vengono affrontati questi tre problemi nei circuiti di
sicurezza.
La norma 64-8 contempla, in alcuni casi impiantistici, la possibilità di evitare la protezione da sovraccarico
mentre in altri, per ragioni di sicurezza di esercizio, raccomanda addirittura di omettere tale protezione.
1. Protezione contro il solo cortocircuito
La norma 64-8 contempla, in alcuni casi impiantistici, la possibilità di evitare la protezione da sovraccarico mentre in
altri, per ragioni di sicurezza di esercizio, raccomanda addirittura di omettere tale protezione. E’ il caso dei circuiti di
sicurezza nei quali, essendo considerati servizi essenziali, il danneggiamento della conduttura a causa di un
sovraccarico è ritenuto un rischio minore dell’eventuale disservizio provocato dall’interruzione del circuito. I circuiti di
sicurezza devono però essere sempre protetti contro il cortocircuito e contro i contatti indiretti, perché questi eventi
possono comportare un danno molto elevato.
Le condizioni da rispettare quando viene
omessa la protezione contro il sovraccarico
sono indicate dalla norma Cei 64- 8. Il guasto
deve essere interrotto in un tempo t
sufficientemente breve da non permettere che il
cavo possa raggiungere una temperatura
superiore a quella ammessa in condizioni di
cortocircuito (figura 1):
Fig.1-Andamento della temperatura del cavo in funzione della corrente
(valore relativo)
In altre parole, l’energia lasciata passare dal
dispositivo di protezione deve essere inferiore, o
al
limite
uguale,
all’energia
specifica
sopportabile dal cavo:
I2 t ≤ K2 S2 (1.2)
Il dispositivo di protezione,
inoltre, deve possedere un
potere di interruzione superiore
alla
massima
corrente
di
cortocircuito prevista e deve
poter intervenire con certezza
per
tutte
le
correnti
di
cortocircuito
possibili,
dal
massimo valore a monte al
minimo valore, a valle, in fondo
alla linea. Deve perciò essere:
Fig.2-Protezione contro il solo cortocircuito di una linea breve che alimenta un circuito di
sicurezza.
1
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Il materiale e i contenuti presentati nel sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili.
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La protezione dei circuiti di sicurezza
Icc min > Ia (1.3)
IccMax > Icn (1.4)
dove Ia rappresenta la soglia di intervento della protezione e Icn il potere di cortocircuito nominale del dispositivo di
protezione. La condizione 1.3 può essere meglio descritta graficamente, così come rappresentato in figura 2.
Dal grafico si può rilevare che in una zona compresa fra 1,8IZ per un cavo isolato in PVC (1,9 IZ se isolato in EPR figura 1) e Ia il cavo non è protetto da un guasto permanente non franco o da un sovraccarico, che in breve tempo
possono mutare in un guasto franco in grado di far intervenire il dispositivo di protezione.
La figura 2 descrive l’esempio di ciò che potrebbe accadere quando una linea breve, con corrente di cortocircuito
minima piuttosto elevata (4000 A), è protetta contro il solo cortocircuito secondo la condizione 1.3 come indicato dalla
norma.
Come si può notare, per rispettare quanto previsto è sufficiente, esagerando, a protezione di un conduttore in PVC
avente sezione di 2,5 mm2, utilizzare un interruttore con corrente nominale In=400A essendo, per gli interruttori con
curva C, il valore di sicuro intervento magnetico pari a 10In.
La protezione del cavo è però in questo caso scoperta in una zona che va da circa 38A (1,8IZ) a 4000A (10In). Anche
se la corrente nominale del dispositivo di protezione dovesse, come è auspicabile, essere scelta con criteri diversi da
quelli appena descritti, questo non elimina del tutto il rischio che deriva dal proteggere la conduttura dal solo
cortocircuito, cioè che si possa favorire in tal modo il generarsi di un guasto vero e proprio. Per superare, almeno in
parte, questa preoccupazione si potrebbe scegliere il dispositivo di protezione con caratteristiche tali da permetterne il
sicuro intervento quando la corrente di guasto raggiunge un valore tale da portare, in regime permanente, la
temperatura del conduttore al massimo valore della temperatura di cortocircuito. La sua caratteristica di intervento a
tempo inverso dovrà permettere l’apertura del circuito in tempi sufficienti a garantire che non sia superata la soglia
della temperatura Icc, condizione comunque molto gravosa per il conduttore che potrà funzionare alla temperatura di
cortocircuito solo per poche ore. Questa condizione di protezione può essere descritta tramite le seguenti relazioni
(figura 3):
Per cavi isolati in PVC If ≤ 1,8Iz
Per cavi isolati in EPR If ≤ 1,9Iz
Dove If è la corrente di sicuro funzionamento
del dispositivo di protezione e IZ è la portata del
cavo.
Impiegando interruttori per uso civile o similari
dove If = 1,45In:
Impiegando fusibili dove If = 1,6In:
Fig.3-Protezione dal solo cortocircuito di un cavo che alimenta circuiti di
sicurezza
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2. Protezione con sovraccarico garantito
Per migliorare ulteriormente la protezione del cavo si potrebbe ora soddisfare la necessità di consentire un
sovraccarico per un determinato tempo senza intervento delle protezioni e garantire per un tempo ragionevole la
continuità di esercizio. Se si indica con Is la corrente di sovraccarico che deve essere interrotta in un tempo non
inferiore ad un’ora e con Inf (Inf = 1,13In con tempo t ≥ 1 ora per interruttori con In ≤ 63 A e tempo t ≥ 2 ore per
interruttori con In > 63A), la corrente di non funzionamento del dispositivo di protezione si ha: Inf ≥ IS
Indicando con il rapporto di sovraccarico che si vuole garantire non interrotto per un’ora, si ha:
Inf ≥ sIB
Per evitare che valori di s troppo elevati possano creare la condizione di IB > IZ, alle considerazioni fin qui sviluppate
occorre aggiungere anche la seguente condizione:
IB ≤ IZ
Oltre a questo, per aumentare ulteriormente la sicurezza del sistema, si potrebbe ridurre la portata del cavo, ad
esempio di un 20% circa, abbassandone in tal modo la temperatura di esercizio. La protezione dei circuiti di sicurezza
con cavi in PVC potrebbe così essere riassunta (figure 4 e 5):
Fig.4-Esempio di protezione dalle sovracorrenti con sovraccarico
garantito Inf di un cavo in PVC che alimenta un circuito di sicurezza
Inf ≥ sIB
IZ ≥ 1,2IB
Fig.5-Protezione dei circuiti di sicurezza dalle sovracorrenti
con sovraccarico garantito di un cavo in PVC
If ≤ 1,8IZ
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3. Protezione contro i contatti indiretti
Nella protezione dei circuiti di sicurezza dai
contatti indiretti possono essere impiegati gli
interruttori differenziali che, onde evitare
interventi
intempestivi,
devono
essere
opportunamente coordinati per garantire una
selettività sia orizzontale sia verticale.
Impiegando un interruttore differenziale a
monte di tipo S e un interruttore differenziale a
valle di tipo generale, si può ottenere la
selettività verticale se il dispositivo a monte
presenta una corrente nominale differenziale
che vale almeno tre volte quella del dispositivo
differenziale a valle (figura 6).
Fig.6-Selettività verticale della protezione differenziale su circuiti di
sicurezza
Qualora fosse richiesta una selettività su più
livelli, è necessario ricorrere anche a dispositivi ritardati con ritardo stabilito. La selettività orizzontale, infine, la si
ottiene suddividendo l’impianto su più circuiti e proteggendo ognuno di essi con un dispositivo differenziale
appositamente dedicato (figura 7).
Fig.7-Selettività orizzontale della protezione differenziale su circuiti di
sicurezza
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