Verifica della protezione contro i pericoli elettrici attraverso lo spegnimento automatico dell’alimentazione. Protezione aggiuntiva (protezione al guasto)

L’utilizzo degli impianti elettrici è talmente comune che la maggior parte delle persone non si rende conto dei pericoli, che possono insorgere, se nel dispositivo utilizzato si verifica un guasto (per esempio un cortocircuito). Per questo, per prevenire il pericolo di folgorazione, gli impianti devono essere strutturati in maniera tale, da ridurre al minimo questo tipo di pericolo – soprattutto in caso di utenti dilettanti, che beneficiano dei vantaggi dell’energia elettrica.

In condizioni normali di utilizzo, la protezione viene attuata attraverso l’isolamento sulle parti conduttrici dell’impianto elettrico (protezione base, protezione dal contatto diretto). Essa è efficace in condizioni normali, quando tutti i dispositivi funzionano regolarmente (sia quelli che proteggono l’impianto, sia quelli ad esso collegati).

In caso di guasto (prendiamo in considerazione un guasto singolo), la protezione deve essere garantita da una misura di sicurezza aggiuntiva. Questa modalità viene chiamata protezione al guasto (protezione con il contatto indiretto). Essa viene attuata attraverso uno spegnimento automatico dell’alimentazione oppure assicurando una resistenza di terra tale, che la tensione presente sull’involucro del dispositivo (durante il cortocircuito) non superi la tensione consentita in maniera prolungata.

Protezione aggiuntiva (al guasto) sarà efficace se nel circuito, in cui si è verificato il guasto dell’isolamento (protezione base), in seguito alla comparsa della corrente di guasto, si attiverà lo spegnimento automatico dell’alimentazione del circuito per il periodo di tempo determinato dalla norma (tabella 2). Lo spegnimento viene realizzato dai relè di sovracorrente e/o differenziali.

Sulla base dell’impedenza e della tensione misurata possiamo calcolare il valore della corrente di cortocircuito (guasto). La corrente I_a, che comporterà lo spegnimento automatico dell’alimentazione, viene letta dalle caratteristiche di banda della protezione utilizzata.

In linea generale, la valutazione della condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione consiste nel determinare se la corrente presente durante il guasto sarà maggiore a quella che comporta un distacco automatico dell’alimentazione in un determinato periodo di tempo. Si può dunque constatare che in questo modo verifichiamo anche la correttezza dell’abbinamento della protezione al circuito analizzato. Nel prosieguo, la questione verrà descritta in maniera più dettagliata per le corrispettive tipologie di rete.

1. Caratteristiche di banda dei dispositivi di protezione. Corrente di spegnimento

            La corrente di spegnimento I_a è il valore più basso della corrente presente nel circuito durante il guasto, che comporta il distacco automatico dell’alimentazione nel periodo di tempo determinato dalla norma (tabella 2).

1.1.           Corrente di spegnimento dei relè di sovracorrente

La determinazione della corrente di spegnimento I_a per i relè di sovracorrente nell’impianto è estremamente facile. In pratica, si applicano molteplicità direttamente determinate della corrente nominale.

Figura 1. Caratteristiche di banda dei dispositivi di protezione da sovracorrente di tipo B, C, D

Nella figura 1 sono state presentate le caratteristiche di banda dei relè di sovracorrente di tipo B, C e D. Per la corrente alternata esse vengono rappresentate con il colore blu. Sull’asse delle ordinate troviamo il tempo in cui il dispositivo di protezione deve attivarsi, per esempio 0,4 s, e sull’asse delle ascisse leggiamo la molteplicità della corrente nominale, con la quale il dispositivo si attiverà.

Per l’interruttore di tipo B vediamo due valori nei punti estremi della banda, contrassegnati in blu dal 3 al 5. Siccome la valutazione deve essere inequivocabile, prendiamo sempre il valore più alto, ovvero in questo caso 5. Procediamo in maniera analoga in altri due casi. La corrente di spegnimentoI_a per le corrispettive tipologie di interruttori sarà quindi il prodotto della corrente nominale e del fattore:

• per il tipo B: 5 I_n,
• per il tipo C: 10 I_n,
• per il tipo D: 20 I_n.

Esempio: La corrente di spegnimento I_a per il relè di sovracorrente dell’impianto S191 B16, conformemente al principio sopra descritto, sarà pari al prodotto I_n=16 A con il fattore di correzione, che per il tipo B=5. Quindi I_a= I_n*k = 16 A * 5 = 80 A.

Simboli:

I_n – corrente nominale dell’interruttore,

I_a – corrente di spegimento,

k – fattore di correzione.

1.2.           Corrente di spegnimento dei fusibili.

Nella figura 2 viene rappresentato un esempio – caratteristiche dei fusibili gG.

Figura 2. Caratteristiche dei fusibili gG

Il diagramma va utilizzato in maniera analoga al caso riguardante gli interruttori di sovracorrente. Sull’asse delle ordinate vengono riportate le tempistiche dell’attivazione, relative alle correnti di spegnimento posizionate sull’asse delle assise. Le caratteristiche sono state contrassegnate con i valori delle correnti nominali dei fusibili.

Per molte tipologie di fusibili è possibile adottare caratteristiche di banda universali, che saranno corrette indipendentemente dal produttore del fusibile. Sempre quando si hanno dei dubbi, si possono adottare i dati riportati dai produttori nei cataloghi da scaricare dai siti internet. Essi contengono sia caratteristiche di banda che i valori tabulari con fattori calcolati per i corrispettivi tempi di spegnimento.

            Si può evitare il calcolo problematico delle correnti di spegnimento per vari fusibili o dispositivi di protezione di altro tipo, utilizzando il software specialistico SONEL PE5, che contiene già, nella maggior parte dei casi, i parametri dei dispositivi di protezione utilizzati in pratica.

            Se determiniamo la corrente di spegnimento I_a per la misura di protezione aggiuntiva (al guasto), applicata sotto forma di relè differenziale, che reagisce alla corrente alternata sinusoidale, dobbiamo ricordare di tenere anche in considerazione il tempo di spegnimento conforme alla norma. Non sempre la corrente nominale differenziale I_Δn sarà conforme, proprio a causa del maggior tempo consentito per l’attivazione del dispositivo di protezione. In questo caso si può anche adottare la caratteristica di banda degli interruttori differenziali (figura 3).

Figura 3. Caratteristica di banda degli interruttori differenziali

            Nella figura 3 vengono rappresentati i tempi di spegnimento per interruttori immediati, con ritardo breve e selettivi, che dipendono dal valore della corrente. In caso di insorgenza di dubbi oppure mancanza di dati appropriati, la norma [foglio 4-41] permette di assumere come valore della corrente I_a = 5 I_Δn.

PN-HD 60364-4-41:200 – 411.5.3 I tempi di spegnimento riportati nella Tabella 41.1 si riferiscono alle correnti differenziali di guasto previste, di gran lunga maggiori dalle correnti differenziali nominali RCD (di solito 5 I_∆n).

In pratica, per determinare la corrente di spegnimento RCD possono essere richieste altre molteplicità di corrente nominale differenziale, il che viene dimostrato nella tabella 1.

Tabella 1. La corrente di spegnimento degli interruttori differenziali dalle varie caratteristiche di attivazione, dipendentemente dal tempo richiesto di spegnimento automatico dell’alimentazione [1]

* Secondo i dati del produttore: o 7 I_∆n, o 0,35 A (≈12 I_∆n).

• Le molteplicità riportate riguardano la corrente differenziale alternata con l’attivazione di AC, corrente continua pulsata – con l’attivazione di A, corrente continua lievemente ondulata – con l’attivazione di B.
• I numeri in rosso riguardano i circuiti riceventi I_n ≤ 32 A dalla tensione 120 V < U₀ ≤ 230 V rispettivamente TT (0,2 s) e TN (0,4 s).
• I campi evidenziati in giallo riguardano i rari casi, in cui la raccomandazione I_a = 5 I_∆n non è sufficiente.

2. Tempi di spegnimento dell’alimentazione

La norma HD 60364-4-41:2009 (411.3.2.2) riporta tempi massimi di spegnimento per circuiti riceventi dalla corrente nominale ≤ 32 A, che vengono rappresentati nella tabella 2.

Tabella 2. Tempo massimo consentito per lo spegnimento automatico dell’alimentazione [s]
 nei circuiti dalla corrente nominale ≤ 32 A

Se nel sistema TT lo spegnimento si ottiene grazie alla protezione da sovracorrente e il collegamento galvanico viene collegato alle parti conduttrici presenti nell’impianto, allora possono essere applicati tempi massimi di spegnimento previsti per il sistema TN.

U₀ è la tensione nominale AC o DC del conduttore lineare rispetto alla terra.

AVVERTENZA 1. Lo spegnimento può essere richiesto per motivi diversi dalla prevenzione del rischio elettrico.

AVVERTENZA 2. Se lo spegnimento è previsto dal RCD, vedi Avvertenza per 411.4.4, Avvertenza per 4.11.5.3 e Avvertenza per 411.6.4 b).

            Occorre sottolineare che i tempi di spegnimento riportati riguardano anche i dispositivi di protezione differenziale, utilizzati per assicurare una protezione aggiuntiva (protezione al guasto). L’elenco dei tempi di spegnimento per circuiti con la corrente nominale fino a 32 A, così come quella superiore a 32 A, è stato riportato nel riassunto della tabella 3.

Tabella 3. Elenco dei requisiti relativi ai tempi di spegnimento automatico dell’alimentazione negli impianti di corrente alternata dalla tensione rispetto alla terra pari a 230 V [1]

La protezione attraverso lo spegnimento automatico dell’alimentazione richiede la presenza in ogni circuito di un conduttore di protezione.

3. Spegnimento automatico dell’alimentazione. Sistema di rete TN. Requisiti e misurazioni

Il tratto distintivo del sistema di rete TN rispetto alle altre tipologie è il fatto che, in caso di guasto dell’isolamento di base, praticamente tutta la corrente di guasto si chiuderà in un metallizzato anello di corto circuito.

Figura 4. Sistema di rete TN ed esempio di circuito in cui si è verificato il guasto

Ciò comporta delle conseguenze per il sistema, sotto forma di una corrente di guasto elevata, che si verifica a causa della bassa impedenza del circuito di guasto. È un fenomeno favorevole che permette una realizzazione efficace della protezione attraverso lo spegnimento automatico dell’alimentazione. Per considerare questo tipo di prevenzione del rischio elettrico come efficace, deve essere soddisfatta la condizione (411.4.4):

il che può essere rappresentato sotto questa forma:

dove:

Z_S    impedenza dell’anello di guasto,

(1)   impedenza massima consentita dell’anello di guasto, con la quale verrà mantenuta la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione,

I_a     corrente che comporta lo spegnimento automatico dell’alimentazione nel tempo riportato nella tabella 2,

(2)   valore minimo della corrente con cui verrà mantenuta la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione,

U₀    tensione nominale AC o DC rispetto alla terra.

Il controllo della suddetta condizione viene effettuato con la misurazione dell’impedenza dell’anello di guasto con un misuratore adatto (con la portata di misura e la corrente di guasto adeguati). Se il valore dell’impedenza misurata è minore a quello calcolato dalla formula (1), la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione viene rispettata.

Sulla base dell’impedenza misurata è anche possibile calcolare (i misuratori lo fanno automaticamente) la corrente, che attraverserà il circuito in caso di guasto nel circuito misurato. Se essa sarà maggiore di quella calcolata dal (2), la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione verrà lo stesso rispettata. Prima dell’esecuzione delle misurazioni occorre determinare, sulla base del controllo visivo del dispositivo di protezione (controllo di corrente nominale, tipo di fusibile, impostazione dell’attivazione immediata o a breve ritardo degli interruttori), qual è la corrente di spegnimento del circuito analizzato.

            La serie di misuratori multifunzione SONEL MPI (MPI-530, MPI-530-IT, MPI-525, MPI-520,
MPI-505, MPI-502) permette un’esecuzione facile e sicura di misurazione dell’impedenza dell’anello di guasto nei circuiti riceventi. Il comfort dell’utilizzo di questi dispositivi è rassicurato per esempio dagli accessori adeguatamente costruiti (facili da collegare alla rete analizzata) e dalla funzionalità che alleggerisce l’utente in varie fasi delle prove svolte (indicazione della corrente di guasto, delle componenti dell’impedenza, archiviazione dei dati nella memoria, etc.).

La norma HD 61557-3 determina l’errore massimo che può verificarsi nel risultato della misurazione dell’impedenza. Esso non può superare il 30%. Per questo i produttori sono obbligati a riportare sul dispositivo la portata di misura (range di indicazioni del misuratore, in cui l’errore di misurazione non superi il valore previsto dalla norma). I misuratori possono essere collegati al circuito misurato con i cavi da varie lunghezze, il che influisce sulla portata di misura del dispositivo (tabella 4).

Tabella 4. Portate di misura dell’anello di guasto dei misuratori MPI-530, MPI-530-IT, MPI-525, MPI-520, MPI-505, MPI-502

Cavo di misurazione	Portata di misura Zs
1,2 m	0,13…1999 Ω
5 m	0,17…1999 Ω
10 m	0,21…1999 Ω
20 m	0,29…1999 Ω
Connettore di tipo WS	0,19…1999 Ω

Se le indicazioni del misuratore non rientrano nella portata di misura specificata, non possono essere utilizzate per la valutazione della condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione.

I misuratori possono lavorare nelle reti dalle seguenti tensioni nominali: 110/190 V, 115/200 V, 127/220 V, 220/380 V, 230/400 V, 240/415 V. Le misurazioni possono quindi essere effettuate nel range di tensioni da 95… 440 V.

Figura 5. Interruttore rotante per la scelta della funzione. Misuratore MPI-530 (anello di guasto – spazio grigio)

Figura 6. Modalità di collegamento del misuratore alla rete analizzata

L’impedenza dell’anello di guasto può essere misurata in circuiti L-PE, L-N e L-L, anche in quelli messi in sicurezza con l’interruttore RCD (la modalità particolare di misurazione non comporta l’attivazione dell’interruttore). La selezione della funzione corretta si effettua con l’interruttore rotante (figura 5), il che è particolarmente comodo con l’utilizzo degli accessori (per esempio WS-03). Le modalità di collegamento del misuratore all’impianto sono state rappresentate nella figura 6.

            Dopo l’esecuzione della misurazione il dispositivo visualizza il valore misurato dell’impedenza dell’anello di guasto e la corrente di guasto prevista, che, conformemente ai requisiti della norma, viene calcolata per la tensione nominale di rete (sul display vengono visualizzate anche altre informazioni utili).

Figura 7. Esempio di display dopo la misurazione dell’anello di guasto

Nel caso in cui la tensione del circuito misurato è ridotta in maniera permanente (per esempio edifici alimentati da vaste reti sopraelevate in zone rurali: tensione inferiore a 200 V), esiste la possibilità di una valutazione errata della condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione. Per questo, in questi casi, per il calcolo della corrente di guasto prevista, si prende in considerazione la tensione effettivamente misurata.

Nei misuratori della serie MPI è possibile scegliere il criterio (tensione nominale o misurata), secondo il quale avverrà il calcolo della corrente di guasto. Il misuratore MPI-530 o – dopo la trasmissione dei dati al computer – il programma per la redazione di protocolli in base alle misurazioni SONEL PE5 valuterà automaticamente, se la condizione di protezione con lo spegnimento automatico dell’alimentazione sia stata soddisfatta.

Figura 8. Adattatori WS-03 e WS-04

Figura 9. Collegamento del misuratore alla presa con l’adattatore WS-03

            Le misurazioni dell’impedenza dell’anello di guasto nelle reti di ricezione di tipo TN-S nella maggior parte dei casi vengono eseguite nelle prese di corrente mono- o trifase. Per questo motivo, per facilitare e accelerare i lavori, è molto utile usare accessori specialistici durante l’esecuzione di queste prove, il che facilita e accelera i lavori di misurazione. Per le prove nelle prese di corrente monofase è molto d’aiuto l’adattatore WS-03 (dotazione standard). La possibilità di collegamento del misuratore alle prese nei punti poco accessibili (dietro ai mobili o agli elettrodomestici) è assicurata dall’adattatore WS-04 con il connettore angolare (accessorio aggiuntivo).

In caso di prese trifase, i misuratori possono essere collegati con gli adattatori AGT-16P, AGT-32P e AGT-63P (accessori aggiuntivi) e i cavi di misurazione presenti nel set.

Figura 10. Collegamento del misuratore alla presa trifase.

Figura 11. Adattatore presa trifase AGT-16P e AGT-32P

4. Spegnimento automatico dell’alimentazione. Sistema di rete TT. Requisiti e misurazioni

            Nella figura 12 viene rappresentato il sistema di rete TT e un circuito con la corrente di guasto. Il circuito di guasto monofase si chiude attraverso la terra e ha il carattere resistivo. Il valore della resistenza dell’anello di guasto sarà la somma della resistenza della messa a terra protettiva e operativa (nonché della resistenza dei cavi nel circuito).

Figura 12. Rete nel sistema TT con evidenziato il circuito al momento del guasto

Rispetto al sistema TN, le correnti causate dal cortocircuito saranno decisamente minori. Per questo, l’efficacia della condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione nel sistema TT è molto più difficile da raggiungere con l’utilizzo degli interruttori di sovracorrente.

Se per assicurare lo spegnimento automatico dell’alimentazione nel sistema di rete TT verrà utilizzato l’interruttore di sovracorrente (con il presupposto che sia stato garantito un valore fisso e effettivamente adeguatamente basso di Zs (411.5.2)), la norma prevede – analogamente al sistema TN – che debba essere soddisfatta la condizione (411.5.4):

il che può essere rappresentato sotto questa forma:

dove:

Z_S    Impedenza dell’anello di guasto che comprende: sorgente, cavo lineare fino al punto di guasto, cavo di protezione delle parti conduttrici accessibili, cavo di messa a terra, dispersore dell’impianto e dispersore della sorgente,

(1)   anello di guasto massimo consentito, con il quale verrà mantenuta la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione,

I_a     corrente che comporta lo spegnimento automatico dell’alimentazione nel tempo riportato nella tabella 2,

(2)   valore minimo della corrente con cui verrà mantenuta la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione,

U₀    tensione nominale AC o DC rispetto alla terra.

È particolarmente difficile soddisfare la condizione di spegnimento automatico dell’alimentazione nella rete TT con il dispositivo di protezione da sovracorrente, perciò questa soluzione viene applicata raramente.

La norma HD 60364-4-41:2009 raccomanda che la protezione al guasto nelle reti TT venga realizzata dagli interruttori differenziali (411.5.2), non necessariamente ad alta sensibilità.

Quanto per la protezione al guasto (protezione al contatto diretto) viene utilizzato un RCD, il circuito dovrebbe essere anche messo in protezione dal dispositivo di protezione da sovracorrente, conformemente alla norma IEC 60364-4-43

Se per la protezione aggiuntiva (al guasto) è stato utilizzato l’interruttore differenziale, lo spegnimento deve avvenire nei tempi richiesti (tabella 2) e va rispettata la condizione:

dove:

R_A   la somma della resistenza di terra e del conduttore di protezione per le parti conduttrici accessibili, in Ω,

I_∆n   la corrente nominale differenziale RCD in A (la corrente che comporta lo spegnimento automatico dell’alimentazione nei tempi indicati nella tabella 5 può essere superiore a I_∆n – in caso di assenza di informazioni la norma raccomanda 5 I_∆n).

Tabella 5. Le resistenze di terra massime per diversi valori della corrente differenziale dei dispositivi di protezione RCD, per cui viene soddisfatta la condizione R_A ∙ I_∆n ≤ 50 V

Corrente nominale dell’interruttore RCD I∆n	10 mA	30 mA	100 mA	300 mA	500 mA	1000 mA
RA per 50 V	5000 Ω	1667 Ω	500 Ω	167 Ω	100 Ω	50 Ω

La resistenza di terra R_A può essere misurata con i misuratori SONEL MPI-530, Sonel MPI-530-IT, Sonel MPI-525, Sonel MPI-520, MPI-505, Sonel MPI-502 nel sistema come nella figura 13 (misurazione classica di impedenza dell’anello di cortocircuito oppure il metodo con due pinze con il misuratore MPI-530). La condizione verrà soddisfatta, quando la resistenza misurata sarà inferiore a quella riportata nella tabella 7. Per la valutazione si può prendere in considerazione l’impedenza dell’anello di guasto misurata Z_S invece di R_A e ciò non verrà considerato un errore.

Figura 13. Collegamento del misuratore alla rete nel sistema TT

5. Spegnimento automatico dell’alimentazione. Sistema di rete IT. Requisiti e misurazioni

Il sistema di rete IT si caratterizza per il fatto che nessuna delle parti attive è collegata a terra. Per questo le correnti di un singolo guasto di terra (guasto dell’isolamento di base) sono particolarmente lievi e sono in realtà il risultato dei fenomeni capacitivo-induttivi. A volte il punto neutro del trasformatore di rete IT può essere collegato a terra:

• dall’elevata impedenza (ciò può facilitare il rilevamento del guasto attraverso l’aumento della corrente del singolo guasto di terra) oppure
• dallo scaricatore di sovratensione, per esempio se il trasformatore viene alimentato dalla rete di alta tensione per limitare le conseguenze del cortocircuito tra gli avvolgimenti WN e nn.

Il sistema di rete IT viene utilizzato per motivi di miglioramento della garanzia dell’alimentazione. I singoli guasti di terra non comportano nessuna grave conseguenza per via della bassa corrente di guasto. Perciò, questo tipo di soluzione è richiesto per esempio nelle miniere. Per motivi di sicurezza della rete IT, queste soluzioni vengono utilizzate anche nelle sale operatorie degli ospedali e sulle navi.

Il controllo corrente dello stato dell’isolamento della rete IT può essere assicurato dai dispositivi fissi di controllo permanente dell’isolamento. Conformemente a quanto riporta la norma, altri elementi della rete possono comprendere:

• dispositivi di controllo permanente dell’isolamento (IMD),
• dispositivi di monitoraggio della corrente differenziale (RCM),
• sistemi di localizzazione del guasto dell’isolamento,
• dispositivi di protezione da sovracorrente,
• dispositivi di protezione differenziali (RCD).

Figura 14. Sistema di rete IT

Nel sistema IT dovrebbero essere soddisfatte le seguenti condizioni:

per reti AC:      R_A ∙ I_d ≤ 50 V,

per reti DC:      R_A ∙ I_d ≤ 120 V,

dove:

R_A   è la somma della resistenza di terra e del conduttore di protezione per le parti conduttrici accessibili,

I_d     è la corrente di guasto della prima messa a terra.

Questa condizione va verificata, effettuando calcoli o la misurazione della corrente I_d in caso della prima messa a terra del conduttore di fase o neutro. Questa misurazione viene eseguita solamente quando non c’è la possibilità di effettuare calcoli a causa della mancanza di alcuni parametri. Durante la misurazione va prestata attenzione per evitare il pericolo del doppio guasto di terra.

Se con la seconda messa a terra in un altro circuito si verificano condizioni simili a quelle relative al sistema TT, allora occorre applicare il controllo come nei sistemi TT.

Se con la seconda messa a terra in un altro circuito si verificano condizioni simili a quelle relative al sistema TN, allora occorre applicare il controllo come nei sistemi TN.

Durante la misurazione dell’impedenza dell’anello di guasto occorre realizzare il collegamento dall’impedenza minima tra il punto neutro della rete e il conduttore di protezione – preferibilmente nel connettore dell’impianto – oppure quando non è possibile farlo nel punto della misurazione.

6. Spegnimento automatico dell’alimentazione. Misurazioni dei piccoli anelli di guasto

Le misurazioni dell’impedenza degli anelli di guasto con l’utilizzo dei misuratori multifunzione possono essere effettuate con successo negli impianti ricettivi. In caso di necessità delle misurazioni nelle reti di distribuzione, in condizioni industriali, le impedenze dell’anello di guasto previste sono decisamente inferiori rispetto alla portata di misura dei misuratori SONEL MPI-XXX (tabella 1, solitamente 0,13 Ω). Questo tipo di analisi va effettuato con l’utilizzo del misuratore dalla portata che comprenderà i valori analizzati dell’anello. Ciò comporta correnti più elevate, forzate nel determinato circuito con il dispositivo di misurazione.

Un esempio di questo tipo di dispositivo è il misuratore SONEL MZC-310S (figura 15). Oltre alle misurazioni nelle reti ricettive (per misurazioni dell’impedenza dell’anello di guasto la risoluzione sufficiente è di 0,01 Ω), il dispositivo offre la possibilità di effettuare misurazioni con la risoluzione di 0,1 mΩ, con il metodo a quattro cavi con la corrente di guasto forzata pari a 150/280 A.

Il metodo a quattro cavi è necessario a causa dei valori molto bassi dell’impedenza dell’anello di guasto misurata. La separazione dei circuiti di misurazione – di tensione e di corrente – fa sì che la resistenza dei cavi di misurazione non influisca sul risultato della misurazione. La portata delle impedenze misurate per Sonel MZC-310S parte da 7,2 mΩ.

Figura 15. Misuratore SONEL MZC-310S

Figura 16. Modalità di collegamento del misuratore alla rete analizzata

7. Spegnimento automatico dell’alimentazione. Misurazioni nelle reti dalla tensione superiore a 230/400 V

Esistono numerose reti TN – soprattutto quelle industriali – dove la tensione nominale è pari a 400/690 V o 500 V (L-L, IT). Fino a poco tempo fa sul mercato non esistevano misuratori che permettessero le misurazioni dell’anello di guasto per questi valori di tensione. In condizioni normali, quando la risoluzione sufficiente per la misurazione è il valore 0,01 Ω, si possono utilizzare due dispositivi di misurazione SONEL S.A.

Figura 17. Misuratori Sonel MZC-305 e MZC-306

Sono misuratori specialistici per l’impedenza dell’anello di guasto Sonel MZC-305 e Sonel MZC-306. La loro portata di misura secondo la norma IEC61557 è la seguente:

• per cavi 1,2 m: 0,13…1999 Ω
• per la spina Uni-Schuko 0,25… 1999 Ω, massima corrente di guasto 30 A.

I dispositivi lavorano con il range di tensioni 100… 750 V, anche negli impianti industriali 400/690 V. La risoluzione del risultato di misurazione è di 0,01 Ω (anche durante le misurazioni nelle reti messe in sicurezza con gli interruttori RCD). Le misurazioni vanno effettuate analogamente al caso dei misuratori multifunzione, seguendo gli stessi principi. L’utilizzo semplice ed ergonomico fa sì che l’esecuzione delle prove non crea nessun problema.

            Quando l’impedenza dell’anello di guasto deve essere misurata nei circuiti dall’impedenza minore rispetto alla portata di misura Sonel MZC-305 e Sonel MZC-306, allora occorre utilizzare i nuovi misuratori con le soluzioni di sistema attualmente uniche. Si tratta dei dispositivi SONEL MZC-320S e MZC-330S.

Figura 18. Dispositivi SONEL MZC-320S e SONEL MZC-330S.

Il misuratore SONEL MZC-320S effettua misurazioni delle impedenze dell’anello di guasto minime:

• con la risoluzione 0,1 mΩ con la corrente pari a 130 A con 230 V (massimo 300 A con 550 V) oppure
• tipicamente con la risoluzione 0,01 Ω, con la corrente pari a 24 A con 230 V (massimo 30 A con 550 V).

Il dispositivo è adatto alle reti dalle tensioni nominali: 110/190 V, 115/200 V, 127/220 V, 220/380 V, 230/400 V, 240/415 V i 290/500 V dalle frequenze 45… 65 Hz, nei circuiti fase-fase, fase-protezione, fase-neutro.

Il SONEL MZC-330S ha caratteristiche simili al misuratore SONEL MZC-320S, con l’unica differenza che può lavorare nella portata più ampia di tensioni – da 95 V a 750 V – comprendendo in questo modo reti dalla tensione nominale 400/690 V.

8. Mancato rispetto della condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione. Difficoltà nell’esecuzione della misurazione dell’impedenza dell’anello di guasto

In alcune situazioni, soprattutto nei circuiti dalla corrente di guasto elevata, la condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione potrebbe non venire soddisfatta. A quel punto occorre creare la situazione, in cui non verranno superate le tensioni di contatto a lunga durata consentite. La verifica di questo criterio è possibile con i misuratori SONEL MZC-310S, SONEL MZC-320S e SONEL MZC-330S La funzione esclusiva della misurazione della tensione di folgorazione o da contatto (selezionata dall’utente dal menu) si attiva in contemporanea con la misurazione dell’anello di guasto, previo il collegamento della sonda nel punto in cui deve essere eseguita la verifica (figure 19 e 20).

Figura 19. SONEL MZC-310S. Misurazione dell’anello di guasto e della tensione di folgorazione

Figura 20. Collegamento del misuratore al circuito analizzato

Paradossalmente, nei punti in cui si verificano piccole correnti di guasto (piccoli dispositivi di protezione, per esempio a cartuccia 6 A), l’utente potrebbe riscontrare problemi con la stessa esecuzione della misurazione. Ciò deriva dalla corrente di guasto forzata dal misuratore, che dipende direttamente dal valore del resistore cortocircuitato e della tensione.

Gli strumenti finora descritti per la tensione nominale di rete 230 V comportano la forzatura nel circuito, durante la misurazione, della corrente dal valore di circa 23 A nel lasso di tempo tra 10 e 30 ms. È un valore talmente alto da poter far attivare i dispositivi di protezione dalla corrente nominale inferiore a 10 A o in caso di fusibili potrebbero subire danni irreversibili.

L’unica soluzione possibile di questa situazione è l’utilizzo di un misuratore che forzi una corrente di prova minore. Per esempio, nel SONEL MZC-304, la corrente di prova massima può arrivare a 7,6 A per 230 V (30 ms), il che permette l’esecuzione della prova dell’impedenza nei circuiti con dispositivi di protezione a partire da 6 A. Le modalità di esecuzione delle misurazioni sono esattamente identiche a quelle per dispositivi descritti sopra. Il collegamento del misuratore al circuito analizzato può essere effettuato con l’utilizzo di cavi di prova e/o adattatori dedicati.

Figura 21. Misuratore Sonel MZC-304

9. Spegnimento automatico dell’alimentazione. Sistema di rete TN. Allegato C alla norma PN-HD 60364-6:2008

Allegato C alla norma HD 60364-6:2008 (attenzione! L’allegato ha il carattere informativo) descrive la situazione in cui a causa dell’attraversamento della corrente di guasto i cavi si surriscaldano, facendo aumentare al contempo la propria resistenza. In questi casi si suggerisce di considerare la condizione di spegnimento automatico dell’alimentazione in questo modo:

            L’applicazione di questo principio significa l’aumento della corrente di spegnimento nel dispositivo di protezione utilizzato addirittura del 50%. Ciò è molto difficile da motivare con il surriscaldamento dei cavi, che farebbe aumentare la loro resistenza.

Negli impianti di ricezione di rete nel sistema TN, come accennato prima, le correnti di guasto assumono valori elevati. Con il tempo di attivazione molte volte più breve di 0,4 s questo fenomeno non ha un grande significato. I cavi elettrici possono surriscaldarsi in caso di guasti con corrente bassa e resistenza alta, ma non con correnti elevate causate dal cortocircuito metallico, quando avviene uno spegnimento praticamente immediato.

Neanche la motivazione della necessità di applicazione di una tale restrizione relativa all’effettivo surriscaldamento dei cavi durante un funzionamento regolare, un funzionamento sotto carico è convincente fino alla fine, perché la misurazione in questo tipo di circuito (cavi più o meno surriscaldati) rileverà oggettivamente il valore dell’impedenza insieme alla componente di resistenza maggiorata. Con la valutazione della condizione di spegnimento automatico nella rete ricevente (strutture residenziali, uffici, strutture pubbliche) dal sistema TN non sussiste una necessità fondata di restrizione così drastica dei criteri.

Ovviamente possono verificarsi situazioni in cui le misurazioni verranno effettuate fuori dal funzionamento regolare del circuito analizzato (tipiche piuttosto per condizioni industriali, come per esempio circuiti di alimentazione dei ventilatori). Sapendo dunque che il circuito rimarrà normalmente sotto un notevole carico, non sbaglieremo, adottando il fattore di restrizione nella valutazione della condizione dello spegnimento automatico dell’alimentazione. Basandosi su principi di conoscenza tecnica comunemente riconosciuti, sull’esperienza e sulle caratteristiche specifiche del circuito analizzato, possiamo aumentare il valore della corrente di spegnimento, che causa l’attivazione del dispositivo di sicurezza nel tempo determinato dalla norma. Sembra, tuttavia, che l’aumento di Ia del 20% sarà in quel caso, per quanto raro, sufficiente. Ovviamente ciò va deciso dall’utente stesso, conformemente al principio, secondo il quale lui stesso è responsabile della preparazione e dell’esecuzione delle prove e dell’interpretazione del risultato della misurazione.

            Utilizzando l’interruttore differenziale come dispositivo di spegnimento, il suddetto principio non viene applicato.