Le apparecchiature dedicate al comando e alla protezione motore sono il contattore per la manovra e il relè termico (o elettronico), il fusibile e l’interruttore automatico salvamotore per la protezione.
Le combinazioni delle protezioni potrebbero essere relè termico (o elettronico) più fusibile o interruttore magnetico, oppure l’interruttore salvamotore magnetotermico del motore.
Scegliere correttamente queste apparecchiature vuol dire non solo garantire un’adeguata protezione del motore, dell’impianto, e delle stesse, ma anche una corretta gestione dell’avviamento del motore tale da non causare interventi intempestivi delle protezioni durante la fase di start.
Per garantire tutti questi requisiti le apparecchiature devono essere efficacemente coordinate tra loro.
L’autoprotezione delle apparecchiature del coordinamento si verifica quando vengono rispettate alcune condizioni.
La protezione del relè termico è garantita quando in presenza di un cortocircuito l’intervento del dispositivo di protezione contro questo tipo di guasti (interruttore o fusibile che sia), avvenga sempre prima che inizi il danneggiamento del relè termico, condizione che si verifica quando la curva di intervento del fusibile o dell’interruttore selezionato è posta alla sinistra della curva di danneggiamento del relè termico.
La protezione del contattore è garantita quando il punto di intersezione delle curve di intervento del relè termico e del fusibile individui un valore di corrente inferiore al suo potere di apertura (requisito non necessario se si utilizza un interruttore), in modo da evitare che il contattore possa essere chiamato a interrompere correnti di guasto superiori al suo potere di apertura e quando l’energia specifica (i2t) lasciata passare dal fusibile o dall’interruttore in caso di gusto è inferiore all’ i2t sopportabile dal contattore (si vedano al riguardo le curve di figura 4).
Il primo passo è sempre quello di verificare che la scelta delle apparecchiature di protezione sia compatibile con le caratteristiche di avviamento. In altre parole, si devono confrontare le curve di intervento del relè termico e del fusibile (o dell’interruttore automatico) con le correnti d’avviamento, in modo da assicurarsi che non venga generato un intervento intempestivo durante la fase di start.
Per poter fare questa verifica occorre conoscere il tempo di avviamento del motore che si può calcolare con la formula:
Ta = (ΣJ x Nb) / (9,55 x Cbmi)
in cui:
Ta = tempo di avviamento in secondi;
J = momento d\'inerzia totale, cioè momento d\'inerzia della macchina più quello del motore in kgm2;
Nb = velocità di esercizio in min-1;
Cbmi = coppia di accelerazione media in Nm (calcolata come differenza degli integrali della caratteristica meccanica del motore e della caratteristica meccanica della macchina operatrice).
Nel caso non sia possibile calcolare il tempo di avviamento per mancanza di dati, si può ricavare attraverso una semplice prova a carico, e cioè cronometrando il tempo che esso impiega per raggiungere la velocità di regime.
Una volta noto il tempo di avviamento, la scelta del relè termico (o elettronico) avviene di conseguenza: questa protezione sarà scelta selezionando una classe di sgancio appena superiore al tempo di avviamento (per es. con un motore che ha un tempo di avviamento di 8 secondi, si sceglierà un termico in classe 10).
La scelta della protezione contro i cortocircuiti risulta essere un po’ più problematica rendendosi necessario conoscere non solo il tempo di avviamento e il valore della corrente di spunto ma anche la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione, al fine di poter scegliere il dispositivo di protezione con un potere di interruzione adeguato.
Poi, dal confronto della curva di intervento del fusibile (o dell’interruttore) con quello dell’andamento della corrente di spunto, sarà possibile determinare la più piccola taglia di fusibile (o di interruttore) in grado di garantire il non intervento durante la fase di avviamento.
Tutte queste verifiche però non garantiscono la sicura affidabilità del coordinamento, che può essere raggiunta solo attraverso opportune prove. Questo si verifica a causa del fenomeno della “repulsione elettrodinamica dei contatti del contattore”, fenomeno non apprezzabile in base alla progettazione con curve. Infatti può accadere che in presenza di correnti di cortocircuito non particolarmente alte su cui il fusibile e l’interruttore non intervengono istantaneamente ma con un certo ritardo, i contatti del contattore possano aprirsi per “effetto di una forza di repulsione elettrodinamica, che viene generata dal cortocircuito. Questo fenomeno conduce alla formzione di un arco elettrico tra i contatti del contattore e quindi ad una forte sovratemperatura che può causarne l’incollamento. Per questa ragione è necessario determinare il corretto coordinamento in base a opportune prove in conformità alla normativa internazionale IEC 947-4.
Le prove da condurre sono complessivamente quattro o meglio due serie da due ciascuna.
La prima serie viene condotta con i contatti del contattore chiusi, mentre la seconda con i contatti in chiusura. In entrambi i casi, le due prove consistono nel verificare gli effetti sulle apparecchiature di correnti di cortocircuito molto alte (effetti elettrodinamici) e relativamente basse (effetti termici).
La corrente della prima prova viene denominata corrente “convenzionale” Iq, il cui valore, la norma recita, deve essere il risultato di un accordo tra il costruttore e l’utente, anche se ormai è invalso l’uso di utilizzare il 50 kA.
La corrente della seconda prova Ir invece presenta un valore variabile in funzione della corrente nominale del circuito (vedere tabella di figura 5).
La norma individua due tipi di coordinamento (1 e 2) a seconda del grado di protezione che si vuole ottenere. Si ritiene che l’avviatore (combinazione delle apparecchiature di manovra di protezione) abbia superato le prove se vengono soddisfatte le condizioni nel seguito riportate. Per ambedue i tipi di coordinamento:
- la portella (o il
coperchio) dell’involucro che contiene le apparecchiature non si è aperta per
effetto dell’arco e sia possibile aprirla;
- la deformazione subita
dall’involucro sia considerata accettabile, ed è tale se il grado di protezione
garantito dall’involucro in seguito al corto non sia inferiore a
IP2X;
- i conduttori e i
terminali non risultino danneggiati e i conduttori non siano fuoriusciti dai
terminali.
Per il coordinamento tipo 1:
- non si siano
verificate scariche al di fuori dell’involucro. Il danneggiamento del contattore
e/o del relè di sovraccarico è ritenuto ammissibile. È quindi ammesso che
l’avviatore possa non essere più in grado di funzionare. L’avviatore dovrà
allora essere ispezionato e se necessario il contattore e/o il relè di
sovraccarico dovranno essere sostituiti.
- L’adeguatezza
dell’isolamento deve essere verificata mediante una prova di tensione applicata
sull’unità completa in prova, dopo la sostituzione delle parti
danneggiate.
Per il coordinamento tipo 2:
- non deve essersi
verificato alcun danno al relè di sovraccarico o ad altre parti. È permessa solo
la “leggera” saldatura dei contatti del contattore, purché questi siano
facilmente separabili (per esempio mediante un cacciavite) senza deformazione
significativa;
- devono inoltre essere
soddisfatti gli altri requisiti del coordinamento di tipo
1.
Quindi scegliere un coordinamento di tipo 2 consente non solo di salvaguardare l’integrità del contattore, ma anche di evitare costosi fermi macchina come conseguenza delle operazioni di sostituzione del contattore che si rendesse necessaria dopo un cortocircuito. È per questa ragione che tale tipo di coordinamento viene utilizzato in tutte quelle applicazioni in cui i costi di un fermo impianto, anche di durata limitata, incidono pesantemente (si pensi agli impianti chimici, petrolchimici, acciaierie...). Per contro dovendo garantire il rispetto di condizioni più restrittive, comporta un costo maggiore rendendosi spesso necessario l’utilizzo di un contattore di taglia superiore rispetto alla corrente nominale del circuito (sovradimensionamento).
|
Ie/AC-3 A |
Corrente di
prova Ir KA |
|
0 < Ie = 16 |
1 |
|
16 < Ie = 63 |
3 |
|
63 < Ie = 125 |
5 |
|
125 < Ie = 315 |
10 |
|
315 < Ie = 630 |
18 |
|
630 < Ie = 1000 |
30 |
|
1000 < Ie = 1600 |
42 |