Sistemi di messatterra e protezioni

Materie:Tesina
Categoria:Elettrotecnica

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Testo

Impianti di messatterra e dispositivi di protezione
Sistema T.T.
Viene utilizzato in bassa tensione inferiori a 50Kv, è il sistema utilizzato dall’ente di distribuzione nazionale per le abitazioni,non richiede cabina propia, il neutro è collegato a terra quindi necessita di apparecchiature di protezione pronte all’intervento in caso di guasto.
Sistema T.N.
Esistono due tipi di sistema T.N.: (C)-(S);a seconda che il neutro venga sezionato o meno dal P.E. ma essenzialmente il funzionamento è lo stesso, questo tipo di impianto non richiede impianto di messa a terra in quanto la I di guasto percorre il conduttore che sia di terra per il T.N.S o il neutro per il T.N.C. e si richiude a centrostella facendo assumere al guasto tutte le caratteristiche del cortocircuito, questo permette di utilizzare come apparecchiatura di protezione un magnetotermico.
Solitamente nei paesi dove viene utilizzato questo sistema per la distribuzione,il fornitore,fornisce al cliente un cavo adibito all’utilizzo di conduttore di terra!
Sistema I.T.
Questo tipo di impianto è abbastanza complesso e delicato anche per il costante monitoraggio che richiede. Viene utilizzato da industrie e fabbriche nelle quali non è consentita alcuna interruzione improvvisa dell’attività,(stampaggio, colature,ecc.) in quanto l’interruzione provocherebbe l’indurimento del liquido riempitivo all’interno delle tubature provocando danni irreparabili per i macchinari, per questo esiste il sistema I.T.
Il funzionamento di questo impianto e simile a quello del T.T. ma è differenziato da una grande impedenza che viene posta tra il centrostella e la terra che rende il neutro nei momenti di non guasto isolato da terra lascia passare in caso di guasto solo correnti piccolissime che dipendono anche dalla capacita verso terra della fase guasta. In questo modo viene garantita la continuità e la protezione anche in caso di un guasto,un secondo guasto provocherebbe un corto, facendo così intervenire le protezioni. Questo impianto richiede il costante monitoraggio dell’isolamento del neutro in modo da poter intervenire appena possibile subito dopo il primo guasto!
Dispositivi di protezione
Interruttore differenziale
Interruttore differenziale aperto:
1 Morsetti di ingresso
2 Morsetti di uscita (verso il carico)
3 Pulsante di inserimento
4 Contatti di interruzione
5 Solenoide che tiene chiusi i contatti
6 Trasformatore di corrente (sensore)
7 Circuito elettronico amplificatore
8 Pulsante di test
9 Filo (arancio) che alla pressione di test è attraversato da una corrente sbilanciata
Principi di funzionamento
In un comune interruttore differenziale è presente un circuito magnetico su cui sono avvolti dei solenoidi (uno per filo da proteggere) in modo tale che in condizioni di equilibrio il flusso magnetico prodotto si annulli reciprocamente, secondo la legge di kirchhof la somma delle correnti entranti e uguale alle uscenti. In caso di squilibrio, il flusso magnetico non è più nullo ed è sufficiente per attirare una ancorina, la quale provoca lo scatto di una molla che apre l'interruttore interrompendo il passaggio di corrente. Pertanto ogni dispersione da parte sia del neutro, sia della fase provocherà l’intervento dell’apparecchio.
Impiantistica
Poiché un impianto reale presenta inevitabilmente piccoli squilibri dovuto a dispersioni ed anche perché esistono dei limiti minimi di sensibilità praticamente realizzabili, ma nello stesso tempo per assicurare un adeguato livello di protezione in caso di folgorazione, sono definite precise soglie di intervento. Per gli impianti in abitazioni civili la differenza massima ammissibile di corrente, indicata con Δ, deve essere minore o uguale a 30ma. In ambiti industriali e commerciali si usa suddividere gli impianti in zone per realizzare una protezione selettiva, in modo tale che un guasto in una zona provochi l'intervento del solo differenziale a protezione della zona stessa, senza coinvolgere l'intero impianto.A tale scopo si utilizzano più interruttori differenziali con diversi valori di delta e diversi tempi di intervento (differenziali ritardati).Esistono anche differenti classi di interruttori differenziali che si distinguono per il tipo di corrente di guasto a cui sono sensibili:
Fusibili
Sono costituiti da un contenitore generalmente cilindrico, in vetro oppure porcellana, al cui interno è presente un filo metallico che unisce due terminali di contatto. Il filo è dimensionato in modo tale da fondere ( per effetto Joule) se la corrente che lo attraversa supera un valore limite. Nei modelli per correnti elevate il filo è immerso in sabbia, che ha lo scopo di spegnere rapidamente l'arco elettrico che può formarsi all'apertura del circuito, ed inoltre il contenitore è generalmente ceramico, per maggiore solidità .Se nei piccoli fusibili in vetro si può osservare in trasparenza l'integrità del filo, nelle cartucce opache è spesso presente un elemento mobile su un contatto, trattenuto dal filo interno. Se questo si interrompe, l'elemento indicatore si stacca o comunque segnala l'evento.Nei fusibili a intervento lento, è in uso una tecnica costituita da una molla a spirale in metallo duro, trattenuta in tensione da una saldatura a stagno; se il superamento del valore nominale persiste per un determinato tempo, la temperatura della zona saldata a stagno sale a tal punto da fondere la giunzione, di conseguenza la molla si ritrae e il fusibile risulta interrotto. Oltre che dalla soglia di corrente in Ampere ed il tipo di cartuccia, la scelta di un fusibile è determinata anche dal potere di interruzione e dalla rapidità di intervento. I modelli per la protezione di impianti elettrici sono in genere lenti, per sopportare le brevissime ma intense sovracorrenti prodotte dall'avviamento di motori elettrici. Modelli ultraveloci vengono invece impiegati per salvaguardare i delicati circuiti a transistor. Ogni fusibile presenta una sua curva caratteristica, in cui il tempo di intervento è funzione della corrente.
Interruttore magnetotermico
L'interruttore magnetotermico, detto anche interruttore automatico, è un dispositivo elettrotecnico in grado di interrompere un circuito in caso di sovracorrente. Sostituisce il fusibile, con il vantaggio di una maggior precisione di intervento ed essere facilmente ripristinabile con la pressione di un pulsante o l'azionamento di una leva.
Interruttore magnetotermico aperto:
1 Leva di comando
2 Meccanismo di scatto
3 Contatti di interruzione
4 Morsetti di collegamento
5 Lamina bimetallica (rilevamento sovraccarichi)
6 Vite per la regolazione della sensibilità (in fabbrica)
7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti)
8 Sistema di estinzione d'arco
Funzionamento
I due fenomeni considerati, cortocircuito e sovraccarico hanno caratteristiche ben diverse e devono essere considerati separatamente. All'interno di un interruttore magneto-termico sono presenti due ben distinte sezioni che rilevano i due fenomeni per mezzo di differenti principi fisici.
Inizialmente l'interruttore deve essere chiuso. In questo modo viene caricata una molla che tende a provocare l'apertura dei contatti, ma è trattenuta da un'ancorina. Quando una sezione del dispositivo rileva un guasto, la molla viene liberata e si ha lo scatto, cioè l'apertura dell'interruttore. La forza prodotta dalla molla deve essere tanto più elevata quanto maggiore è l'intensità della corrente da interrompere, ovvero il potere di interruzione del dispositivo.
Protezione dal sovraccarico
Questo problema si verifica quando l'intensità di corrente supera un valore prefissato a causa per esempio di troppi carichi accesi contemporaneamente. Il limite di corrente è determinato da limiti costruttivi dell'impianto e in particolare dalla capacità dei fili conduttori di smaltire il calore prodotto per effetto Joule.La rilevazione avviene per mezzo di una resistenza elettrica abbinata ad una lamina bimetallica. A causa della differenza nella dilatazione termica di due metalli accoppiati, la lamina si piega fino a provocare lo scatto dell'interruttore. Il tempo di intervento non è istantaneo ma dipende, con funzione caratteristica dei diversi modelli di magnetotermici, o dall'entità del superamento del valore di soglia.
Protezione dal cortocircuito
La rilevazione di questo evento avviene per mezzo di un solenoide avvolto su una barra magnetica, in pratica un relè. L'elevato Passaggio di corrente induce un campo magnetico che attira una ancorina la quale provoca l'apertura dell'interruttore
Dispositivi di manovra.
Interruttore
L'interruttore è un dispositivo elettrico in grado di interrompere un circuito elettrico sia in condizioni normali che di guasto ammettendo solo due posizioni:
Aperto-Chiuso
Sezionatore
Il sezionatore è un organo di manovra inserito in un circuito elettrico con lo scopo di "sezionare" un circuito o una linea. Il circuito, la linea o la macchina elettrica a valle del sezionatore può così essere messa in esercizio oppure fuori tensione per esempio per interventi di manutenzione
L’arco elettrico
All'apertura di un contatto e fino al raggiungimento di una certa distanza tra le parti, esiste un periodo in cui il campo elettrico presente può superare il valore di rigidità dielettrica dell'aria o comunque del mezzo in cui i contatti sono immersi. Nel momento in cui un circuito con presente un carico viene aperto, per effetto dell'autoinduzione si genera ai capi dell'interruttore una tensione superiore a quella di esercizio (sovratensione).
Per effetto dell'arco il flusso di corrente non viene interrotto, venendo a mancare lo scopo dell'interruttore, ma soprattutto la temperatura del plasma causa il danneggiamento del dispositivo. Per questo motivo è importante provvedere ad una quanto più rapida possibile estinzione dell'arco.
Estinzione dell’arco elettrico
Estinzione in aria
In interruttori con formazione di archi modesti l'estinzione si ottiene con un rapidissimo allungamento dell'arco in normale aria atmosferica. La forma dei contatti può essere configurata per sfruttare le forze elettrodinamiche prodotte dalla corrente per accelerare la separazione.
In alcuni modelli si impiegano delle camere di estinzione oppure baffi divergenti dai due contatti, in cui l'arco viene trasferito dopo l'innesco, spinto dal calore generato dal plasma verso le parti più larghe e quindi stirato fino ad esaurimento.
Soffiatura pneumatica
Lo spazio compreso fra i contatti viene investito da un potente getto di aria che soffia via gli ioni dell'arco. La pressione può essere fornita da un pistone azionato da una molla, precaricata dal movimento della leva di chiusura dell'interruttore.
Allungamento magnetico
La zona di contatto è sottoposta ad un forte campo magnetico che per effetto della forza di Lorentz devia gli ioni dalla loro traiettoria nell'arco. Il campo viene spesso prodotto da un solenoide che può essere percorso dalla stessa corrente da interrompere.
Immersione in liquido dielettrico
I contatti vengono immersi in un liquido isolante che presenta una rigidità dielettrica elevata, ed ha l'effetto di raffreddare rapidamente il plasma per conduzione e convezione. Viene impiegato olio minerale oppure esafluoruro di zolfo (SF6). Quest'ultimo ha la proprietà, se scaldato ad alta temperatura, di decomporsi in zolfo e fluoro, che cattura gli elettroni dell'arco.

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