Guida completa alla selezione e al calcolo delle impostazioni dei disjonatori

Come Scegliere e Impostare i Dispositivi di Protezione

1. Tipi di Dispositivi di Protezione

1.1 Interruttore a Comando Aereo (ACB)
Anche noto come interruttore a cornice modellata o universale, tutti i componenti sono montati all'interno di una cornice metallica isolata. È generalmente di tipo aperto, permettendo la facile sostituzione dei contatti e delle parti, e può essere dotato di vari accessori. Gli ACB sono comunemente utilizzati come interruttori principali dell'alimentazione. Le unità di rilascio per sovratensione includono tipi elettromagnetici, elettronici e intelligenti. Offrono quattro stadi di protezione: ritardo a lungo termine, ritardo a breve termine, istantaneo e difetto a terra, con ogni impostazione di protezione regolabile in un intervallo basato sulla dimensione della cornice.

Gli ACB sono adatti per reti CA a 50Hz con tensioni nominali di 380V o 660V e correnti nominali da 200A a 6300A. Sono principalmente utilizzati per la distribuzione di energia e la protezione contro sovraccarichi, sottotensione, cortocircuiti e guasti monofase. Questi interruttori offrono molteplici funzioni di protezione intelligente e protezione selettiva. In condizioni normali, possono essere utilizzati per la commutazione del circuito non frequente. Gli ACB fino a 1250A possono anche proteggere i motori da sovraccarico e cortocircuito in sistemi 380V/50Hz.

Le applicazioni comuni includono gli interruttori uscenti principali sul lato 400V dei trasformatori, gli interruttori di collegamento tra bus, gli interruttori di alimentazione ad alta capacità e gli interruttori di controllo dei grandi motori.

1.2 Interruttore a Cornice Modellata (MCCB)
Anche noto come interruttore a inserimento, i suoi terminali, estintori d'arco, unità di rilascio e meccanismi di operazione sono alloggiati in un involucro in plastica. I contatti ausiliari, le unità di rilascio per sottotensione e le unità di rilascio parallelo sono spesso modulari, risultando in un design compatto. Gli MCCB in genere non sono progettati per la riparazione e sono tipicamente utilizzati per la protezione dei circuiti secondari.

La maggior parte degli MCCB include unità di rilascio termomagnetiche. I modelli più grandi possono presentare sensori di rilascio a stato solido. Le unità di rilascio per sovratensione possono essere elettromagnetiche o elettroniche. Gli MCCB elettromagnetici sono generalmente non selettivi, offrendo solo protezione a lungo termine e istantanea. Gli MCCB elettronici offrono quattro funzioni di protezione: a lungo termine, a breve termine, istantanea e difetto a terra. Alcuni modelli più recenti includono l'interblocco selettivo a zona.

Gli MCCB sono comunemente utilizzati per il controllo e la protezione dei circuiti di alimentazione, gli interruttori uscenti principali su piccoli trasformatori di distribuzione, i terminali di controllo dei motori e come interruttori di alimentazione per varie macchine.

1.3 Minimini Interruttore a Comando (MCB)
Gli MCB sono i dispositivi di protezione terminali più ampiamente utilizzati nei sistemi elettrici edilizi. Proteggono i circuiti monofase e trifase fino a 125A contro cortocircuiti, sovraccarichi e sovratensione. Disponibili in configurazioni 1P, 2P, 3P e 4P.

Un MCB è composto da un meccanismo di operazione, contatti, dispositivi di protezione (varie unità di rilascio) e un sistema di estinzione dell'arco. I contatti vengono chiusi manualmente o elettricamente e mantenuti in posizione da un meccanismo di rilascio libero. La bobina dell'unità di rilascio per sovratensione e l'elemento riscaldante dell'unità di rilascio termico sono connessi in serie con il circuito principale, mentre la bobina di rilascio per sottotensione è connessa in parallelo con l'alimentazione.

Nel progetto elettrico edilizio, gli MCB sono utilizzati per la protezione contro sovraccarichi, cortocircuiti, sovratensione, sottotensione, difetto a terra, fuga di corrente, trasferimento automatico di due fonti di alimentazione e avviamento e protezione di motori non frequenti.

2. Parametri Tecnici Chiave degli Interruttori

• Tensione Nominali di Funzionamento (Ue)
  La tensione nominale alla quale l'interruttore è progettato per funzionare continuamente in condizioni specificate. In Cina, per sistemi fino a 220kV, la tensione massima di funzionamento è 1,15 volte la tensione nominale del sistema; per 330kV e superiori, è 1,1 volte. L'interruttore deve mantenere l'isolamento ed eseguire operazioni di commutazione alla tensione massima di funzionamento del sistema.

• Corrente Nominali (In)
  La corrente che l'unità di rilascio può portare continuamente a temperature ambiente fino a 40°C. Per le unità di rilascio regolabili, questa è la corrente massima regolabile. A temperature superiori a 40°C (fino a 60°C), è consentito un derating.

• Impostazione della Corrente di Rilascio per Sovraccarico (Ir)
  L'interruttore si disattiva con un ritardo quando la corrente supera Ir, che rappresenta la corrente massima che l'interruttore può portare senza disattivarsi. Ir deve essere maggiore della corrente massima del carico (Ib) ma minore della corrente permessa del cavo (Iz). Per gli interruttori termomagnetici, Ir è generalmente regolabile da 0,7 a 1,0In; le unità di rilascio elettroniche offrono un intervallo più ampio, solitamente da 0,4 a 1,0In. Per le unità di rilascio fisse, Ir = In.

• Impostazione della Corrente di Rilascio per Cortocircuito (Im)
  La soglia alla quale l'unità di rilascio istantanea o a breve termine si attiva per disconnettere rapidamente il circuito durante correnti di guasto elevate.

• Corrente Nominali di Resistenza a Breve Termine (Icw)
  La corrente che l'interruttore può resistere per una durata specificata senza danni termici.

• Capacità di Interruzione
  La corrente di guasto massima che l'interruttore può interrompere in sicurezza, indipendentemente dalla sua corrente nominale. Valori comuni includono 36kA e 50kA. È categorizzato in capacità di interruzione ultima (Icu) e capacità di interruzione di servizio (Ics).

3. Principi Generali per la Selezione degli Interruttori

• Tensione nominali di funzionamento ≥ tensione nominale del circuito.

• Capacità di accensione/spegnimento di cortocircuito nominale ≥ corrente di carico calcolata.

• Capacità di accensione/spegnimento di cortocircuito nominale ≥ corrente di cortocircuito massima possibile nel circuito.

• Corrente di cortocircuito monofase a terra all'estremità del circuito ≥ 1,25 × impostazione di rilascio istantaneo (o a breve termine).

• Tensione nominale dell'unità di rilascio per sottotensione = tensione nominale del circuito.

• Tensione nominale dell'unità di rilascio parallelo = tensione dell'alimentazione di controllo.

• Tensione nominale del meccanismo di operazione elettrico = tensione dell'alimentazione di controllo.

• Per i circuiti di illuminazione, impostare la corrente di rilascio elettromagnetico istantanea a 6 volte la corrente del carico.

• Per la protezione di cortocircuito di un singolo motore: 1,35× corrente di avviamento del motore (serie DW) o 1,7× (serie DZ).

• Per più motori: 1,3× corrente di avviamento del motore più grande + somma delle correnti di funzionamento degli altri motori.

• Come interruttore laterale a bassa tensione del trasformatore principale: capacità di interruzione > corrente di cortocircuito a bassa tensione del trasformatore; corrente nominale di rilascio ≥ corrente nominale del trasformatore; impostazione di rilascio per cortocircuito = 6–10× corrente nominale del trasformatore; impostazione di rilascio per sovraccarico = corrente nominale del trasformatore.

• Dopo la selezione preliminare, coordinare con gli interruttori a monte e a valle per prevenire le disattivazioni a cascata e minimizzare l'area di interruzione.

4. Selettività degli Interruttori
Gli interruttori sono classificati come selettivi o non selettivi. Gli interruttori selettivi offrono protezione a due o tre stadi: istantanea e a breve termine per i cortocircuiti, a lungo termine per i sovraccarichi. Gli interruttori non selettivi sono tipicamente istantanei (solo cortocircuito) o a lungo termine (solo sovraccarico). La selettività viene ottenuta utilizzando unità di rilascio a breve ritardo con diverse impostazioni temporali. Considerazioni chiave:

• Impostazione di rilascio istantaneo a monte ≥ 1,1 × corrente massima di cortocircuito trifase all'uscita dell'interruttore a valle.

• Se a valle è non selettivo, impostazione di rilascio a breve termine a monte ≥ 1,2 × impostazione di rilascio istantaneo a valle per mantenere la selettività.

• Se a valle è anche selettivo, ritardo a breve termine a monte ≥ ritardo a breve termine a valle + 0,1s.
  In generale, Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Protezione a Cascata
Nel progetto del sistema, la coordinazione tra gli interruttori a monte e a valle garantisce selettività, velocità e sensibilità. Una coordinazione appropriata consente l'isolamento selettivo dei guasti, mantenendo l'energia ai circuiti sani. La protezione a cascata utilizza l'effetto limitatore di corrente dell'interruttore a monte (QF1). Quando si verifica un cortocircuito a valle (a QF2), l'azione limitatrice di corrente di QF1 riduce la corrente di guasto effettiva, consentendo a QF2 di interrompere una corrente superiore alla sua capacità nominale. Ciò permette l'utilizzo di interruttori a valle a costo inferiore e con capacità di interruzione più bassa. Le condizioni includono l'assenza di carichi critici sui circuiti adiacenti (poiché il trip di QF1 spegnerebbe QF3) e l'adeguata abbinatura delle impostazioni istantanee. I dati di cascata sono determinati dai test e forniti dai produttori.

6. Sensibilità degli Interruttori
Per garantire il funzionamento affidabile nelle condizioni di guasto minime, la sensibilità (Sp) deve essere ≥1,3 secondo GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Dove Iop è l'impostazione di rilascio istantaneo o a breve termine, e Ik.min è la corrente minima di cortocircuito all'estremità della linea protetta in condizioni minime di operazione del sistema. Per gli interruttori selettivi con entrambe le protezioni a breve termine e istantanea, è necessario verificare solo la sensibilità della protezione a breve termine.

7. Selezione e Impostazione delle Unità di Rilascio

(1) Impostazione del Rilascio Istantaneo per Sovraccarico. Deve superare la corrente picco del circuito (Ipk) durante l'avvio del motore:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = fattore di affidabilità)

(2) Impostazione del Rilascio a Breve Termine per Sovraccarico e Tempo
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. I ritardi temporali sono tipicamente 0,2s, 0,4s o 0,6s, impostati per assicurare che il tempo di operazione a monte superi quello a valle di un passo temporale.

(3) Impostazione del Rilascio a Lungo Termine per Sovraccarico e Tempo
Protegge contro i sovraccarichi: Iop(l) ≥ Krel × I30 (corrente massima del carico). L'impostazione temporale deve superare la durata ammissibile del sovraccarico a breve termine.

(4) Coordinazione tra le Impostazioni di Rilascio e la Capacità del Cavo.Per prevenire il surriscaldamento o l'incendio del cavo senza disattivazione:

Iop ≤ Kol × Ial
Dove Ial = capacità di corrente ammissibile del cavo, Kol = fattore di sovraccarico a breve termine (4,5 per rilascio istantaneo/a breve termine; 1,1 per rilascio a lungo termine come protezione di cortocircuito; 1,0 solo per protezione contro sovraccarico). Se non soddisfatto, regolare l'impostazione di rilascio o aumentare la sezione del cavo.