Ottieni un’introduzione alla protezione da sovracorrente e agli OCPD (dispositivi di protezione da sovracorrente).
In questo articolo, tratteremo i tipi di sovracorrente, quali sono i dispositivi di protezione da sovracorrente e il loro posto in un circuito elettrico.
- Tipi di sovracorrente
- Sovraccarico di sovracorrente
- Sovracorrente di cortocircuito
- Figura 1. Rapporti di tensione delle tre linee di alimentazione dal secondario di un trasformatore di potenza di servizio residenziale AC monofase
- Figura 2. Rapporti di tensione delle quattro linee di alimentazione dal secondario di un trasformatore di potenza di servizio commerciale o industriale trifase
- Sovracorrente di guasto a terra
- Protezione da sovracorrente
- Figura 3. Protezione da sovracorrente divisa per un circuito trasformatore
- La forma e la funzione dei dispositivi di protezione da sovracorrente
- Figura 4. Dispositivi di protezione da sovracorrente
- Figura 5. Il sistema di distribuzione di energia elettrica all’interno di un edificio
Tipi di sovracorrente
Le tre principali categorie o tipi di sovracorrente sono sovraccarico, cortocircuito e guasto a terra.
Sovraccarico di sovracorrente
Sovraccarico di sovracorrente è auto-definizione: Qualsiasi corrente in eccesso rispetto alla corrente di carico nominale è, in effetti, un sovraccarico. Un sovraccarico si verifica quando un circuito elettrico, sia dal progetto originale di un nuovo circuito o dalla modifica di un circuito esistente, è necessario per convogliare la corrente di carico in eccesso rispetto al carico nominale ampacity dei conduttori del circuito.
Ad esempio, un circuito di derivazione da 20 amp viene modificato con una lampada aggiuntiva, che aumenta la corrente di carico a 22 ampere: si tratterebbe di un sovraccarico del circuito.
Le condizioni di sovraccarico possono verificarsi a livello di servizio, alimentatore o circuito di derivazione del sistema di distribuzione dell’energia elettrica di un edificio.
Una sovracorrente di sovraccarico elettrico si verifica anche quando un motore è meccanicamente sovraccarico. Ciò può essere causato da un eccesso di attrito all’interno delle sue superfici di supporto interne, da un eccesso di calore (dovuto ad alta temperatura ambiente o ad un altro guasto) o dal legame o da qualche altro sovraccarico meccanico nell’apparecchiatura di utilizzo che guida. Il sovraccarico è una situazione di sovracorrente controllata, normalmente di bassa grandezza.
Sovracorrente di cortocircuito
Le correnti di cortocircuito (così come le correnti di guasto a terra, che toccheremo di seguito) sono sovracorrenti di guasto ad alta magnitudine che, in effetti, pongono una bassa resistenza in parallelo con l’impedenza del carico / i collegato / i. La sovracorrente di cortocircuito comporta normalmente un collegamento incrociato accidentale di almeno due conduttori del circuito (alimentazione e ritorno). Questo pone un cortocircuito attraverso l’avvolgimento del trasformatore di alimentazione.
Le figure 1 e 2 rappresentano le forniture di trasformatori più comuni a una struttura.
Figura 1 è il disegno di un AC monofase, 3 fili, 120/240-volt di alimentazione ad un edificio come una casa o piccolo impianto industriale). Un singolo avvolgimento primario nel trasformatore fornisce (per induzione) due avvolgimenti da 120 volt cablati in serie nel secondario. Un carico di utilizzo dell’apparecchiatura funzionerà a 240 volt quando è collegato tra le due estremità dei due avvolgimenti da 120 volt collegati in serie. Un carico di utilizzo dell’apparecchiatura funzionerà a 120 volt quando è collegato tra le due estremità dei due avvolgimenti da 120 volt collegati in serie e il terzo filo condiviso dai due avvolgimenti (vedere Figura 1).
Figura 1. Rapporti di tensione delle tre linee di alimentazione dal secondario di un trasformatore di potenza di servizio residenziale AC monofase
Un sistema di distribuzione di energia elettrica AC trifase, come mostrato in Figura 2, avrà normalmente un valore più alto di sovracorrente di cortocircuito perché il corto normalmente coinvolgerà più di un avvolgimento del trasformatore AC monofase.
Figura 2. Rapporti di tensione delle quattro linee di alimentazione dal secondario di un trasformatore di potenza di servizio commerciale o industriale trifase
Sovracorrente di guasto a terra
La sovracorrente di guasto a terra è anche una condizione di cortocircuito che normalmente interessa solo uno dei conduttori del circuito e la canalizzazione metallica messa a terra o la distribuzione
La sovracorrente di guasto a terra può verificarsi solo se il sistema di distribuzione dell’energia elettrica dell’edificio o della struttura fa riferimento alla terra. La” messa a terra di riferimento ” richiede il collegamento comune di un’estremità di uno o più avvolgimenti del trasformatore AC monofase (configurazione del trasformatore wye) a un sistema di elettrodi di messa a terra, creando conduttori di circuito/alimentazione sia a terra che senza messa a terra.
La grandezza della sovracorrente di guasto a terra è normalmente inferiore alla grandezza della sovracorrente di cortocircuito disponibile dallo stesso trasformatore. Il cortocircuito può essere attraverso due o più avvolgimenti AC monofase del trasformatore. La sovracorrente del guasto a terra colpisce normalmente soltanto un avvolgimento monofase di CA nel trasformatore che fornisce il potere allo stato guasto.
Sia le correnti di cortocircuito che quelle di guasto a terra sono sovracorrenti di grande entità causate da un collegamento in parallelo accidentale a bassa resistenza alla resistenza di carico collegata. Senza una qualche forma di dispositivo di protezione da sovracorrente installato in serie con i conduttori del circuito, l’unico limite della sovracorrente di guasto è la resistenza del conduttore e la quantità di potenza disponibile dal trasformatore.
Protezione da sovracorrente
Come mostrato in Figura 3, la protezione completa da sovracorrente per i conduttori e il carico collegato può essere fornita solo da un fusibile o interruttore installato nel punto in cui il circuito ha origine (o dove riceve la sua alimentazione).
Se un OCPD si trova a valle dell’alimentazione, la protezione da sovracorrente è tecnicamente suddivisa con protezione da cortocircuito, protezione da guasto a terra situata a monte e protezione da sovraccarico separata situata a valle. I fusibili o gli interruttori situati a valle forniscono una protezione completa da sovracorrente per qualsiasi circuito o apparecchiatura situata sul lato del carico, fornendo al contempo solo una protezione da sovraccarico per il circuito di linea o lato alimentazione.
Figura 3. Protezione da sovracorrente divisa per un circuito trasformatore
La forma e la funzione dei dispositivi di protezione da sovracorrente
Ci sono tre componenti principali di un circuito elettrico: una fonte di alimentazione, un carico e una connessione tra i due.
Queste tre componenti principali sono integrate da un mezzo di controllo ON / OFF e da un mezzo di controllo del limite. Entrambi i tipi di controllo limitano la quantità di corrente che può fluire nel circuito. Il mezzo di controllo ON / OFF è normalmente sotto forma di un interruttore (manuale, automatico, elettronico o elettromeccanico). Il mezzo di controllo del limite è normalmente un dispositivo di protezione da sovracorrente, che a livello di distribuzione dell’energia elettrica è un fusibile o un interruttore (come si vede nella Figura 4).
Figura 4. Dispositivi di protezione da sovracorrente
Come mostrato nella Figura 5, il sistema di distribuzione di energia elettrica all’interno di un edificio o altra struttura ha tre principali classificazioni: il servizio, i circuiti di alimentazione e i circuiti di derivazione.
In generale, i conduttori di tutti questi circuiti devono essere dotati di un mezzo di protezione da sovracorrente nel punto in cui ricevono la loro alimentazione elettrica. L’OCPD deve essere installato in conformità con i requisiti del National Electric Code. Sia i conduttori che il carico collegato che forniscono devono essere protetti al corretto amperaggio.
Figura 5. Il sistema di distribuzione di energia elettrica all’interno di un edificio
L’ampacità nominale dei conduttori, la corrente nominale a pieno carico del carico collegato e la dimensione o il carico nominale dell’OCPD sono correlati. La corrente nominale a pieno carico del carico collegato determina la dimensione (per ampacità nominale) dei conduttori di alimentazione e la valutazione o l’impostazione dell’OCPD.
Allo stesso modo, la valutazione o l’impostazione dell’OCPD e l’ampacità nominale dei conduttori del circuito determinano la corrente massima a pieno carico che può essere fornita dal circuito di servizio, dall’alimentatore o dal ramo. Qualsiasi grandezza di corrente maggiore dell’ampacità nominale dei fili di trasporto o della corrente di carico nominale delle apparecchiature elettriche di utilizzo, come lampade, motori o trasformatori, è descritta come una sovracorrente.
Lo scopo principale di un dispositivo di protezione da sovracorrente del circuito (un fusibile, un interruttore o qualche altro tipo di dispositivo di limitazione della corrente) è quello di limitare la temperatura dei conduttori del circuito a un valore che non danneggi i conduttori o il loro isolamento. Ciò si ottiene limitando la quantità (valore) di corrente che i conduttori sono tenuti a trasmettere. Proteggere i conduttori del circuito dal surriscaldamento limitando la quantità di corrente che i conduttori sono tenuti a trasmettere protegge intrinsecamente l’apparecchiatura di distribuzione e utilizzo elettrica fornita (il carico collegato) dagli effetti della sovracorrente.