Protezione da sovracorrente per sistemi MCCB e ACB: una guida pratica completa

Quando un interruttore automatico scatolato da 100 A scatta inaspettatamente in una fabbrica, la prima domanda è solitamente il motivo per cui è successo. La risposta spesso sta nella protezione da sovracorrente: un sistema progettato per rilevare la corrente eccessiva e interrompere il circuito prima che i cavi si surriscaldino o le apparecchiature vengano danneggiate. La protezione da sovracorrente non è un accessorio opzionale; è la spina dorsale della sicurezza elettrica nella distribuzione a bassa tensione. Questo articolo spiega come funziona la protezione da sovracorrente, come si confrontano i principali tipi di dispositivi e cosa considerare quando si selezionano i componenti di protezione per interruttori automatici e quadri elettrici.

Cos'è la protezione da sovracorrente?

La protezione da sovracorrente (OCP) è qualsiasi dispositivo o metodo che interrompe automaticamente il flusso di corrente quando la corrente supera la potenza nominale del circuito o dell'apparecchiatura. Il termine copre due fenomeni distinti: sovraccarico e cortocircuito. Un sovraccarico è una corrente sostenuta leggermente superiore al valore nominale, spesso causata da troppi carichi o da un motore in stallo. Un cortocircuito è un evento molto più grave, in cui la corrente bypassa il normale percorso del carico e può raggiungere migliaia di ampere in una frazione di secondo. Secondo la norma CEI 60947-2 e l'articolo 240 NEC, i dispositivi di protezione devono essere in grado di eliminare entrambe le condizioni, ma ciascuna richiede un tempo di risposta e un livello di guasto diversi.

La curva tempo-corrente di un dispositivo di protezione definisce la rapidità con cui agisce ad una determinata corrente. Per un interruttore automatico scatolato (MCCB), questa curva ha tipicamente tre zone: protezione da sovraccarico a lungo ritardo, protezione da guasto a breve ritardo e protezione da cortocircuito istantaneo. La corretta combinazione di queste zone consente all'interruttore di attraversare le normali correnti di spunto pur reagendo a guasti pericolosi.

Condizioni di sovracorrente: sovraccarico e cortocircuito

Comprendere la differenza aiuta a selezionare la giusta curva di protezione. Le correnti di sovraccarico in genere sono comprese tra 1,1 e 1,5 volte la corrente nominale e il dispositivo di protezione dovrebbe consentire all'apparecchiatura di funzionare per un breve periodo senza interventi fastidiosi. Ad esempio, un circuito motore da 100 A può trasportare 130 A per diversi secondi all'avvio. Le correnti di cortocircuito, d'altro canto, possono raggiungere da 6 a 20 volte la corrente nominale o più e il dispositivo di protezione deve interrompersi istantaneamente per evitare archi elettrici e danni.

Come mostra il grafico, i fusibili e i dispositivi GFCI reagiscono più velocemente, mentre i relè possono essere regolati per tempi di funzionamento più lunghi. La curva effettiva dipende dalla potenza nominale del dispositivo e dalla caratteristica tempo-corrente del produttore. Per un MCCB, lo sganciatore meccanico o elettronico determina l'esatta risposta al sovraccarico e al cortocircuito.

Tipi di dispositivi di protezione da sovracorrente

Esistono diversi dispositivi che forniscono protezione da sovracorrente, ciascuno con un ruolo specifico in un sistema di alimentazione.

Interruttori automatici

Gli interruttori automatici scatolati e gli interruttori automatici aperti sono i dispositivi di protezione più comuni nei sistemi a bassa tensione. Combinano protezione da sovraccarico, protezione da cortocircuito e disconnessione manuale in un'unica unità. All'interno di un interruttore, il rilevamento della sovracorrente si basa su sganciatori, che possono essere magnetotermici o elettronici. Quando passa una corrente di guasto, lo sganciatore rilascia il meccanismo di comando e i contatti si separano per interrompere il circuito. L'interruttore può anche essere arricchito con accessori interni come uno sganciatore per lo sgancio remoto o uno sganciatore di minima tensione per la protezione da caduta di tensione.

Sganciatore per interruttori automatici scatolati Progettato per lo sgancio remoto degli MCCB, questo sganciatore funziona elettromagneticamente alle tensioni nominali. Si integra con lo sganciatore dell'interruttore, consentendo l'arresto di emergenza o il controllo a distanza. Visualizza il prodotto →

Fusibili

Fusibili provide overcurrent protection by melting an internal element when current exceeds a specific value. They are simple, reliable, and have a very fast response under short-circuit conditions. However, after operation, a fuse must be replaced, which increases downtime.

Relè

I relè di protezione vengono utilizzati negli impianti elettrici più grandi, dove monitorano la corrente e inviano un segnale di intervento a un interruttore. Consentono una protezione coordinata con ritardi temporali regolabili. Nei quadri di media tensione, il segnale di intervento può essere inviato ad un interruttore in vuoto attraverso un circuito di controllo.

Interruttori di guasto a terra

GFCI e RCD rilevano la corrente di dispersione e interrompono il circuito per proteggerlo dalle scosse elettriche. Negli ambienti industriali, i moduli correnti differenziali sono spesso montati sugli MCCB. Un modulo di protezione differenziale dedicato può essere integrato in un gruppo MCCB per combinare la protezione da sovracorrente e differenziale.

Norma e valori nominali di protezione da sovracorrente

Gli standard definiscono il modo in cui i dispositivi di protezione da sovracorrente vengono testati e classificati. I valori principali sono la corrente nominale, il potere di interruzione in cortocircuito e le caratteristiche di intervento. Per il mercato nordamericano, l'articolo 240 NEC copre i requisiti generali per la protezione da sovracorrente, mentre l'UL489 disciplina gli interruttori automatici scatolati. In ambito internazionale, la norma IEC 60947-2 stabilisce i requisiti prestazionali per le apparecchiature di manovra e controllo a bassa tensione.

Oltre a questi valori nominali, il coordinamento della selettività è fondamentale nella distribuzione dell'energia. Un interruttore a valle dovrebbe scattare prima di un interruttore a monte in modo che solo il ramo difettoso venga isolato. Ciò richiede la corrispondenza delle curve tempo-corrente dei dispositivi a monte e a valle, soprattutto quando si utilizzano relè in combinazione con interruttori.

All'interno di un interruttore automatico scatolato

Le prestazioni di un interruttore automatico scatolato dipendono da alcuni componenti critici: i contatti mobili e stazionari, lo scivolo dell'arco, il telaio di base isolato e lo sganciatore. Quando si verifica una corrente di cortocircuito, i contatti devono separarsi e l'arco deve estinguersi rapidamente. Lo scivolo dell'arco divide l'arco in segmenti più piccoli e aumenta la tensione dell'arco, mentre i contatti sono progettati per ridurre al minimo l'usura e resistere a operazioni ripetute.

Il nostro interruttore automatico scatolato i componenti sono fabbricati per supportare queste funzioni critiche. Il gruppo completo dei contatti mobili utilizza una superficie di contatto in lega d'argento che resiste all'erosione dell'arco, mentre il gruppo dello scivolo dell'arco è progettato con una geometria verificata per estinguere rapidamente gli archi, riducendo l'energia lasciata passare in condizioni di cortocircuito.

Contatto in movimento Assembly for Molded Case Circuit Breakers Questo gruppo presenta contatti in lega d'argento per la resistenza all'erosione dell'arco, garantendo prestazioni affidabili durante i cortocircuiti. È un componente fondamentale per mantenere la capacità di interruzione dell'interruttore. Visualizza il prodotto →

Allo stesso modo, il gruppo dei contatti stazionari e il telaio di base isolato devono rispettare rigorosamente le tolleranze in modo che l'interruttore soddisfi costantemente il suo potere di interruzione nominale. Per le versioni a corrente più elevata, negli interruttori automatici aperti fino a 6300 A vengono utilizzati gruppi di contatti mobili e camere d'arco a livello del telaio.

Selezione della protezione da sovracorrente: considerazioni chiave

Sganciatore di minima tensione per interruttori automatici scatolati Questo dispositivo fa scattare l'interruttore quando la tensione scende al di sotto di una soglia, proteggendo l'apparecchiatura da danni dovuti a condizioni di sottotensione. Supporta varie tensioni nominali e si monta internamente. Visualizza il prodotto →

La scelta della giusta protezione da sovracorrente inizia con la conoscenza del carico del circuito e della corrente di guasto disponibile. Innanzitutto, determinare la portata del circuito e la corrente nominale continua dell'interruttore. Successivamente, verificare che il potere di interruzione di cortocircuito sia maggiore della corrente di cortocircuito massima presunta nel punto di installazione. Per un circuito motore, la protezione deve consentire la corrente di spunto senza intervenire, pertanto potrebbe essere necessario uno sganciatore più regolabile.

Considera anche la necessità di accessori interni come contatti ausiliari, contatti di allarme e sganciatori a lancio di corrente o di minima tensione, che estendono le funzioni di monitoraggio e controllo dell'interruttore. Il declassamento della temperatura è importante: un interruttore da 100 A installato in un involucro a 50°C potrebbe dover essere declassato o dotato di uno sganciatore con potenza nominale superiore. Infine, la selettività tra i dispositivi a monte e quelli a valle dovrebbe essere coordinata in modo tale che il ramo difettoso venga isolato senza influenzare il resto del sistema. Quando i cali di tensione rappresentano un problema, uno sganciatore di minima tensione può fornire un ulteriore livello di protezione facendo scattare l'interruttore se la tensione di alimentazione scende al di sotto di una soglia impostata.

Domande frequenti sulla protezione da sovracorrente