Cos'è la selettività degli interruttori automatici e principi di calcolo della selettività

La selettività degli interruttori automatici è un punto chiave per garantire un funzionamento affidabile del circuito elettrico. Questa funzione contribuisce a prevenire situazioni di emergenza, aumentando ulteriormente la sicurezza.

In caso di sovraccarico della linea o cortocircuito, viene attivata solo la protezione della linea danneggiata, mentre il resto dell'impianto elettrico rimane in funzione. Analizzeremo in dettaglio il perché in questo articolo, esamineremo i compiti principali della protezione selettiva, gli schemi di collegamento e le loro caratteristiche.

Dedicheremo anche attenzione al calcolo della selettività e alle regole per creare una mappa, corredando il materiale con schemi, tabelle e foto illustrativi. E integreremo l'articolo con spiegazioni dettagliate in video.

Importanza e compiti principali della protezione selettiva

Il funzionamento sicuro e stabile degli impianti elettrici sono i compiti affidati alla protezione selettiva. Essa calcola istantaneamente e isola la zona danneggiata senza interrompere l'alimentazione alle sezioni integre. La selettività riduce i carichi sull'impianto, diminuendo le conseguenze del cortocircuito.

Con un funzionamento ottimale degli interruttori automatici, vengono soddisfatte al massimo le esigenze relative alla continuità dell'alimentazione elettrica e, di conseguenza, del processo tecnologico.

Quando l'apparecchiatura automatica di apertura dovesse risultare guasta a seguito di un cortocircuito, grazie alla selettività i consumatori riceveranno un'alimentazione normale.

La regola secondo cui l'entità della corrente che attraversa tutti gli interruttori di distribuzione installati a valle dell'interruttore generale è inferiore alla corrente nominale di quest'ultimo è alla base della protezione selettiva.

In totale, questi valori nominali possono essere anche maggiori, ma ogni singolo deve essere almeno un gradino al di sotto del valore di ingresso. Ad esempio, se all'ingresso è installato un interruttore automatico da 50 ampere, quello successivo sarà un interruttore con corrente nominale di 40 A.

L'interruttore automatico è composto dai seguenti elementi: leva (1), morsetti a vite (2), contatti mobile e fisso (3, 4), lamina bimetallica (5), vite di regolazione (6), solenoide (7), griglia di spegnimento dell'arco (8), fermaglio (9).

Tramite la leva si accende e si spegne l'ingresso di corrente ai morsetti. Ai morsetti si collegano e si fissano i contatti. Il contatto mobile con molla serve per una rapida apertura, e il collegamento del circuito ad esso è realizzato tramite il contatto fisso.

Lo sganciamento, in caso di superamento del valore di soglia da parte della corrente, avviene grazie al riscaldamento e alla flessione della lamina bimetallica, nonché del solenoide.

Le correnti di intervento si regolano tramite la vite di regolazione. Per prevenire la formazione di un arco elettrico durante l'apertura dei contatti, è introdotto nel circuito un elemento come la griglia di spegnimento dell'arco. Per il fissaggio del corpo dell'interruttore esiste un fermaglio.

La selettività, come caratteristica della protezione a relè, è la capacità di individuare un nodo guasto del sistema e di isolarlo dalla parte operativa del sistema elettrico.

Qui è riportato lo schema del quadro, che mostra chiaramente come viene distribuito il carico nell'appartamento. Prima di installare l'interruttore, è necessario eseguire il calcolo della potenza complessiva delle apparecchiature che verranno collegate ad esso.

La selettività degli interruttori è la loro proprietà di funzionare in sequenza. Se questo principio viene violato, si surriscalderanno sia gli interruttori automatici che i cavi elettrici.

Di conseguenza, potrebbe verificarsi un cortocircuito sulla linea, la fusione dei contatti fusibili e dell'isolamento. Tutto ciò porterà al guasto degli apparecchi elettrici e a un incendio.

Supponiamo che su una lunga linea di trasmissione elettrica si sia verificata una situazione di emergenza. Secondo la regola principale della selettività, il primo a intervenire è l'interruttore più vicino al punto del guasto.

Se in un normale appartamento si verifica un cortocircuito in una presa, sul quadro dovrebbe intervenire la protezione della linea di cui quella presa fa parte. Se ciò non avviene, scatta l'interruttore automatico del quadro, e solo dopo quello generale di ingresso.

Selettività assoluta e relativa della protezione

Il concetto di selettività è definito da GOST e IEC 60947-1-2014. Si distinguono due tipi di selettività: assoluta e relativa. Se il funzionamento della protezione è coordinato in modo tale da intervenire esclusivamente all'interno della zona protetta, ciò indica la sua selettività assoluta.

In queste circostanze, la corrente massima di selettività diventa uguale alla capacità di interruzione massima dell'interruttore situato a valle.

L'intervento in modalità di riserva, quando non si è verificata l'apertura nel tratto problematico, viene chiamato protezione a selettività relativa. In questo caso, si verifica l'apertura degli interruttori situati a monte.

In caso di superamento del valore di corrente prestabilito dell'interruttore automatico, cioè in assenza di sovraccarichi elevati, la protezione selettiva funziona praticamente senza guasti. È molto più difficile ottenere questo risultato in caso di cortocircuiti.

I dati sui prodotti fabbricati dall'azienda sono riportati sul corpo dello strumento e sui propri siti web. È importante leggere correttamente la marcatura degli interruttori automatici – le combinazioni di interruttori vengono formate solo secondo le tabelle di un singolo produttore. Va tenuto presente che i gruppi organizzati secondo il principio relativo hanno un numero maggiore di funzioni.

Le tabelle di selettività, che i produttori allegano ai propri prodotti, semplificano il compito. Utilizzandole, si creano gruppi con selettività di intervento.

La lettera «T» nella tabella indica la selettività totale della coppia di apparecchi, mentre il numero indica quella parziale. Quando il valore di corrente di cortocircuito atteso al confine è inferiore al numero indicato nella tabella, la selettività sarà garantita.

Per verificare la selettività tra un interruttore automatico a monte e uno a valle, si trova l'incrocio tra la verticale e l'orizzontale. Garantire la selettività è un compito molto importante quando si alimentano consumatori appartenenti a una categoria speciale.

In sua assenza, può verificarsi l'arresto del processo produttivo, danni alle linee, lo spegnimento dei sistemi di condizionamento, di evacuazione fumi e altri.

Tipi di schemi di collegamento selettivi

Oltre alla selettività assoluta e relativa, esistono altri 7 tipi di protezione selettiva:

• a zona;
• a tempo-corrente;
• energetica;
• temporale;
• totale;
• parziale;
• a corrente.

Per garantire la selettività richiesta della protezione automatica della rete elettrica con interruttori automatici si utilizzano diversi metodi. Ma in ogni caso è importante installare correttamente l'interruttore, seguendo lo schema scelto e le regole di montaggio.

Tipo #1: protezione completa e parziale

La protezione totale significa che, se una coppia di interruttori automatici è collegata in serie, la comparsa di sovracorrenti provoca lo spegnimento di quello situato vicino alla zona di guasto.

La protezione parziale agisce secondo lo stesso principio di quella totale, ma solo dopo che la corrente ha raggiunto il valore di soglia impostato.

La selettività di interruzione, garantita dagli interruttori automatici (A e B), consiste nel fatto che un cortocircuito, indipendentemente dal punto in cui si verifica nell'impianto elettrico, viene interrotto dall'interruttore più vicino situato a monte di quel punto. I restanti dispositivi non si spegneranno.

Se la selettività è garantita fino al valore minore della corrente dei due interruttori automatici (AB), c'è motivo di parlare di selettività totale tra di loro. In questo caso, il valore limite della corrente di cortocircuito prevista dell'impianto, in qualsiasi circostanza, sarà uguale o inferiore al valore di corrente dei due interruttori automatici.

Tipo #2: selettività di corrente

Nella selettività di corrente, l'indicatore principale è la soglia di corrente massima. I valori vengono ordinati in ordine crescente dall'oggetto all'ingresso. L'azione di questa selettività delle protezioni si basa sullo stesso principio della selettività temporale.

L'unica differenza è che il ritardo è basato sul valore della corrente: con l'avvicinarsi del punto di cortocircuito all'ingresso, i valori di corrente di cortocircuito aumentano. Il tempo di intervento può essere lo stesso.

La zona danneggiata a causa del cortocircuito viene determinata mediante una soglia di intervento impostata su diversi valori di corrente. La selettività può essere totale solo in condizioni in cui la corrente di cortocircuito è bassa e tra i due interruttori automatici è presente un'apparecchiatura con una resistenza elettrica considerevole. In tali situazioni, le correnti di cortocircuito differiranno significativamente.

Questo tipo di selettività viene utilizzato principalmente nei quadri di distribuzione terminali. Qui si combinano una corrente nominale di bassa entità e una corrente di cortocircuito con un'elevata impedenza dei cavi di collegamento.

Questa opzione di selettività è economica, semplice e agisce istantaneamente. Tuttavia, spesso questa selettività può essere parziale, poiché la corrente massima è generalmente bassa.

Nell'immagine, selettività di corrente con l'uso di interruttori automatici. In questo tipo di selettività, c'è uno spostamento lungo l'asse della corrente delle caratteristiche di corrente degli interruttori posti in serie.

Quando i valori Isd1 e Isd2 sono uguali o molto vicini, allora Is, la corrente massima di selettività, è uguale a Isd2. Se questi valori differiscono notevolmente, Is = Isd1.

La condizione per garantire la selettività di corrente è il rispetto delle disuguaglianze: Ir1/Ir2 > 2 e Isd1/Isd2 > 2. In questo caso, la selettività massima è Is = Isd1.

Tra gli svantaggi vi è anche il rapido aumento del livello delle soglie di protezione dalle correnti elevate. Non è possibile scollegare rapidamente il circuito danneggiato se uno degli interruttori automatici risulta guasto.

Nel calcolo delle soglie di protezione di corrente, è necessario considerare le correnti effettive che attraversano gli interruttori che funzionano in modalità automatica.

Tipo #3: variante temporale e temporale-corrente

Quando nel circuito sono presenti diversi interruttori automatici con caratteristiche di corrente identiche ma tempi di ritardo diversi, in caso di guasto si proteggono a vicenda. Quello più vicino al punto di guasto scatta immediatamente, il successivo dopo un certo tempo, e così via.

In questo schema a 2 livelli, l'interruttore 'A' ha un tempo di ritardo tale da garantire la selettività totale con le caratteristiche dell'interruttore 'B'

Nel caso della selettività tempo-corrente, i dispositivi di protezione reagiscono non solo alla corrente, ma anche alla durata della reazione. A un determinato valore di corrente, dopo un certo tempo di ritardo, interviene la protezione la cui distanza dal punto di cortocircuito è minore. La parte non guasta dell'impianto non viene disconnessa.

Nella foto, il grafico della selettività temporale con l'uso di interruttori automatici. Le caratteristiche tempo-corrente degli interruttori B e A non si intersecano. Sono posizionate a gradini.

La combinazione della selettività di corrente e temporale aumenta l'efficacia dell'interruzione. Quando Isc B < Irm A, la selettività è totale, l'intervento avviene istantaneamente. L'interruttore automatico posizionato a monte è dotato di due impostazioni: Im A e Ii A. La prima è una soglia di corrente selettiva, la seconda è un intervento istantaneo.

Tipo #4: selettività energetica degli interruttori

Con la selettività energetica, le interruzioni avvengono all'interno del corpo dell'interruttore automatico. La durata del processo è così breve che la corrente di cortocircuito non riesce ad avvicinarsi al suo valore limite.

Il sistema di protezione tempo-corrente è considerato complesso. Coinvolge non solo la reazione alla corrente, ma anche il tempo durante il quale ciò avviene.

Con l'aumento della corrente, il tempo di intervento dell'interruttore automatico diminuisce. La base di questo tipo di selettività è la regolazione della protezione in modo che, dal lato dell'oggetto protetto, intervenga più rapidamente per tutti i valori di soglia di corrente, rispetto all'interruttore automatico in ingresso.

Tipo #5: schema di protezione a zona

Il metodo di zona è complesso e costoso, quindi viene utilizzato principalmente nell'industria. Non appena i valori di soglia della corrente raggiungono il massimo, i dati vengono inviati al centro di controllo e l'interruttore automatico selezionato interviene. La rete elettrica con questo tipo di selettività include speciali sganciatori elettronici.

Quando viene rilevato un guasto, dall'interruttore posto a valle viene inviato un segnale al dispositivo a monte. Il primo interruttore automatico deve reagire entro un secondo. Se non reagisce, interviene il secondo.

Confrontando questo tipo di selettività con la selettività temporale, si può notare che il tempo di intervento in questo caso è molto più basso - a volte centinaia di millisecondi. Si riducono sia la percentuale di intervento nel sistema che la percentuale di danno. Diminuiscono gli effetti termici e dinamici sulle parti dell'impianto. Aumenta il numero di livelli di selettività.

Quando le correnti che attraversano i dispositivi di protezione raggiungono un valore maggiore delle proprie impostazioni, ciascun interruttore trasmette un segnale di blocco alla protezione di livello superiore.

In caso di selettività di zona, interviene la protezione situata dal lato della fonte di alimentazione, prendendo come punto di partenza la posizione del cortocircuito. Fino al momento dell'intervento dell'interruttore automatico, viene controllato che il dispositivo di protezione dal lato del carico non invii un segnale analogo.

Ma tale selettività richiede la presenza di una fonte di alimentazione aggiuntiva. Pertanto, l'applicazione razionale di questo tipo di selettività sono i sistemi con elevati parametri di corrente di cortocircuito e corrente di valore significativo. Tali sono gli apparecchi di commutazione e distribuzione situati dal lato del carico di generatori e trasformatori.

Calcolo della selettività degli interruttori

Una scelta corretta dell'interruttore automatico e una regolazione appropriata sono il principio fondamentale per garantire la selettività degli interruttori automatici. La selettività per l'interruttore situato in prossimità della sorgente garantisce il soddisfacimento del requisito: Is.o.posled ≥ Kn.o.∙ I k.pred.

Qui Is.o posled. è il valore di corrente dopo il quale interviene la protezione. I k.pred. è la corrente di cortocircuito nel punto finale della zona coperta dall'azione dell'interruttore situato lontano dalla fonte di energia. Kn.o. è il coefficiente di affidabilità. Il suo valore dipende dalla dispersione dei parametri.

Il valore nominale dell'interruttore automatico per il circuito viene selezionato non solo mediante calcolo, ma anche utilizzando una tabella come questa, basandosi sulla sezione dei cavi nello schema.

La condizione ts.o.posled ≥ tk.pred. + ∆t mostra la selettività in caso di regolazione temporale degli interruttori automatici. ts.o.posled, tk.pred. sono gli intervalli di tempo di intervento degli interruttori situati a grande distanza dalla fonte di alimentazione e quelli vicini. ∆t è un parametro preso dal catalogo e indica il grado temporale di selettività.

Mappa di selettività e regole per la sua creazione

Le caratteristiche tempo-corrente di tutti i dispositivi inclusi nello schema della rete elettrica sono rappresentate sulla mappa di selettività. Lo scopo della sua creazione è garantire la massima protezione degli interruttori automatici. La base della protezione degli interruttori è il principio secondo cui gli interruttori vengono collegati in serie uno dopo l'altro.

Esiste una serie di regole obbligatorie per la creazione della mappa di selettività:

1. Gli impianti devono avere un'unica fonte di tensione.
2. Tutti i punti di calcolo importanti devono essere ben visibili. Tenendo conto di questo requisito, è necessario scegliere la scala.
3. Sulla mappa vengono indicate le proprietà protettive, i parametri minimi e massimi di cortocircuito nei punti del sistema.

Spesso le norme di progettazione vengono violate e le mappe di selettività sono assenti nei progetti. Ciò può portare a interruzioni nell'alimentazione elettrica degli utenti.

Sulla mappa vengono riportate le caratteristiche degli interruttori automatici collegati in serie uno dopo l'altro. Lo schema stesso viene costruito sugli assi

La mappa fornisce un quadro completo della coordinazione delle impostazioni. Essa offre la possibilità di confrontare il funzionamento degli interruttori automatici in base a una caratteristica come la selettività.

Le varietà tempo-corrente degli assi sono la base non solo per la costruzione di carte di selettività per la protezione di corrente sotto forma di interruttori automatici, ma anche per altri suoi tipi: fusibili, relè. Di solito una carta contiene le caratteristiche di 2-3 interruttori automatici. Sull'asse delle ascisse si annota il valore della corrente in kV, e sull'asse delle ordinate il tempo in secondi.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Guasti durante il funzionamento degli interruttori automatici e loro risoluzione:

Disegno della mappa di selettività mediante un programma speciale:

Un uso affidabile e sicuro dell'impianto elettrico non è possibile senza considerare la selettività degli interruttori automatici. Conoscendo i punti fondamentali della creazione di una protezione selettiva, è possibile effettuare una corretta selezione delle apparecchiature per il proprio progetto tecnico.

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