Novità - 4. Sull'uso degli interruttori per la protezione da cortocircuito in condizioni fuori standard

 

Le prestazioni in cortocircuito degli interruttori sono da ben distinguere tra loro ed entrambe sono da considerare nel progetto degli impianti elettrici di potenza

 

Gli aspetti da valutare sono del tutto diversi:

-il primo ( potere  di chiusura in cortocircuito) riguarda maggiormente la tenuta meccanica dei componenti dell’interruttore sollecitati dalle forze elettrodinamiche, dovute al picco iniziale di corrente presunto.

-il secondo (potere di interruzione in cortocircuito) riguarda, ma non solo, la capacità della camera di estinzione dell’interruttore di dissipare l’energia presente nell’induttanza del circuito di guasto associata al valore della corrente di cortocircuito al momento  dell'apertura.

Gli aspetti da considerare sono più evidenti nella selezione degli interruttori di media e alta tensione.

L'importanza della distinzione tra i due poteri sembra perdere di importanza per gli interruttori di tipo limitatore, da molti anni anche in uso nei quadri elettrici di BT.  In proposito il contenuto della norma tecnica non sembra esserne risultato influenzato .

Novità - 3. Sull'uso degli interruttori per la protezione da cortocircuito in condizioni fuori standard

 Potere di chiusura in cortocircuito, art. 5.3.6.1, CEI EN IEC 60 947-2; 03 - 2025)

Ricordiamo che il potere di chiusura in cortocircuito nominale indica il valore di cresta massimo (Icm, di picco, valore istantaneo) della corrente di cortocircuito che l’interruttore può stabilire/portare, senza subire danni, secondo il ciclo di aperture e chiusure previsto  dalla norma tecnica. Il costruttore deve verificare che in corrispondenza del massimo picco di corrente tutte le parti dell'interruttore resistano alle sollecitazioni meccaniche, cui esse risultano sottoposte.  Il valore di cresta da associare al valore efficace della corrente di cortocircuito è tanto maggiore quanto minore è il fattore di potenza del circuito in esame. La norma tecnica CEI EN IEC 60947-2 prescrive, per quanto ricordato, che la prova debba essere eseguita rigorosamente ad un fattore di potenza non superiore ad un predeterminato valore di riferimento convenzionalmente definito.    

Potere di interruzione in cortocircuito; art. 5.3.6.2, CEI EN IEC 60 947-2; 03 - 2025)

 La prova relativa al potere nominale estremo di apertura/interruzione in cortocircuito (Icu), secondo il ciclo di chiusure ed aperture indicato nella norma, verifica, quando richiesto, la corretta funzionalità dell’interruttore nell'interrompere la massima prevista corrente di cortocircuito che il costruttore gli assegna, definita questa con il suo valore efficace. 

I fattori che determinano tale valore efficace, che, vista la natura più o meno induttiva degli ordinari circuiti interessati, risulta in genere maggiore del valore efficace della corrente presunta di cortocircuito, sono

-il fattore di potenza del circuito di guasto, che coincide con quello della corrente di cortocircuito, che determina l'energia da dissipare nella camera di estinzione dell'arco dell'interruttore;

-l’istante in cui inizia il distacco dei contatti dell’interruttore per eseguire l’interruzione (break time), che determina il valore efficace effettivo della corrente da interrompere, tanto maggiore rispetto al valore efficace della corrente di cortocircuito permanente, quanto più in fretta l'interruttore si attiva per operare l'interruzione.

La norma tecnica CEI EN IEC 60947-2 chiede pertanto che anche la prova di apertura in cortocircuito sia eseguita rigorosamente ad un fattore di potenza ben definito e non ad esso superiore. Si tratta naturalmente dello stesso fattore di potenza che vale per la prova relativa al potere di chiusura in cortocircuito. 

L’esito positivo di entrambe le prove si può estendere a tutti i valori di corrente di cortocircuito pari e inferiori a quello di prova e con fattore di potenza non inferiore a quello di prova.  La norma tecnica non prevede di poter estendere i risultati positivi delle prove relative all’aspetto della apertura in cortocircuito ad aspetti relativi alla chiusura in cortocircuito e viceversa.

Novità - 2. Sull'uso degli interruttori per la protezione da cortocircuito in condizioni fuori standard

 

Si sa che le norme CEI EN IEC 60947-1 e 2, che trattano le regole per definire le prestazioni e le prove degli interruttori di protezione di BT, caratterizzano  gli stessi interruttori, per quanto attiene al loro comportamento in caso di cortocircuito, da un potere di chiusura e da un potere di interruzione nominali. Questi due poteri hanno in comune il fattore di potenza (FDP) della corrente di cortocircuito (CCC). Al comune FDP i due poteri sono da riferire. Con l'assegnato valore del FDP gli interruttori sono attentamente verificati in laboratorio con l’attribuzione finale dei  due poteri ben distinti. Si tratta di due ben diverse prestazioni, con cui ogni progettista di impianti elettrici deve confrontarsi[1]. Oggi nelle situazioni fuori standard che vedono il FDP (fattore di potenza) inferiore a quello di prova le modalità previste dalla norma tecnica, con cui procedere alla selezione degli interruttori, e la definizione delle relative responsabilità di scelta ci sembrano rispettivamente errate ed imprecisa.

Osserviamo in proposito quanto segue.

Ogni importante riferimento al fattore di potenza della corrente di cortocircuito convenzionale di prova è sparito  da molti anni sia dalle targhe degli interruttori che dalle note dei relativi cataloghi.

La norma tecnica  CEI EN IEC 60947-2 di contro fa sempre riferimento nella attribuzione dei poteri di chiusura e di interruzione a precisi non derogabili valori minimi convenzionali del FDP.

I valori minimi convenzionali di riferimento FDP non sono stati modificati nel tempo . In realtà le condizioni impiantistiche sono molto cambiate.  Di conseguenza i FDP convenzionali risultano da molto tempo obsoleti,  inadeguati e pericolosi.

Secondo l'attuale orientamento in ambito normativo, che non ci sembra sia sufficientemente dal puto di vista tecnico argomentato/giustificato [2], non sembra costituire più “un obbligo” la necessità di una approvazione da parte dei costruttori per l’utilizzo degli interruttori di protezione in condizioni fuori standard. Noi intendiamo dimostrare il contrario.

L’ambiente normativo non sembra nel merito interessato ad approfondimenti. Perdura pertanto a nostro avviso una situazione che vede i progettisti, ma non solo, investiti di pesanti responsabilità, che non competono loro, ma che dovrebbero competere oggi ai costruttori, se non anche allo stesso ente normatore.

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[1] L’art. 533.3.2 della norma CEI 64-8 chiede che il potere di interruzione sia superiore alla corrente di cortocircuito presunta, trascurando completamente di chiedere il confronto con il suo fattore di potenza, dando erroneamente come un dato di fatto che il FDP  sia sempre superiore a quello convenzionale di prova. Poichè ciò non è, il testo non sembra aver adottato l'atteggiamento prudente che di solito si addice al contenuto di una norma tecnica.

[2] L'ambiente normativo sostiene erroneamente che il problema che si solleva è del tutto marginale. Ogni .ulteriore approfondimento non è necessario e quindi giustificato.

Novità - 1. Sull'uso degli interruttori per la protezione da cortocircuito in condizioni fuori standard

Vorrei rendere conto, oggi e a breve in futuro, della attuale situazione a livello normativo sulle regole di utilizzo degli interruttori di protezione nel caso essi siano da utilizzare, quando il fattore di potenza (FDP) della corrente di cortocircuito (CCC), con cui ci si deve confrontare, risulta inferiore a quello con cui l'interruttore, che si intende usare, è stato provato. 

Si tratta di un tema importante, che si lega a responsabilità importanti su più piani e che per questo non può essere trascurato.

La nostra impressione è che, poichè i FDP, con cui sono tuttora testati gli interruttori in cortocircuito, non sono più adeguati da molti anni a questa parte e lo sono sempre meno, alla corrente realtà impiantistica, ogni approfondimento sia molto utile, se non necessario. Il problema e quindi l'esame della situazione si pone poi per ogni quadro elettrico principale, posto a valle del trasformatore MT/BT.

Ci pare che la presa di posizione,  in proposito assunta dalla norma CEI 64-8, confermi la sussistenza del problema, ma non lo risolva compiutamente.  La soluzione/risposta messa in campo dal CEI non ci risulta però chiara, nè giustificata. 

Essa inoltre non ci sembra sollevare i progettisti di impianti elettrici di potenza importanti, tutti quanti sono interessati nella loro realizzazione e i relativi collaudatori e i verificatori da pesanti responsabilità.

Norma CEI 64-8, Parte 8, Efficienza energetica - Analisi critica del progetto CEI C1330 - Commento n.1: perché Norma e non Guida?

Vorremmo contribuire nel nostro piccolo a migliorare la formazione del contenuto e il contenuto stesso di alcune norme tecniche del CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano), tentando di condividere con i colleghi alcune nostre osservazioni per raccoglierne o meno l'approvazione, nonché per raccogliere loro eventuali commenti.

 Commento n. 1 

E' stato pubblicato in ottobre 2023 il progetto CEI, C1330, da riferire alla parte 8 della norma CEI 64-8. Il progetto è dedicato alla  "efficienza energetica". Vogliamo fornire il nostro punto di vista sulla pubblicazione di questo nuovo documento di grande attualità. Anzitutto vorremmo però verificare quanti colleghi ed utilizzatori della norma tecnica, cui capitasse di leggere queste note, condividono le nostre osservazioni.

Prima osservazione 

Esponiamo di seguito in proposito il nostro primo dubbio. 

Ci chiediamo quanto le indicazioni di carattere generale utili per orientare ad un miglioramento del rendimento degli impianti elettrici i progettisti, costruttori e gestori di impianti elettrici, risultano  di competenza del Comitato Elettrotecnico Italiano. Le norme tecniche non dovrebbero occuparsi solo e specificatamente di questioni tecniche, come dice l'aggettivo che le qualifica? 

Le norme tecniche costituiscono certamente un importante riconosciuto riferimento quando ad esempio indicano come calcolare o determinare con prove il rendimento dei motori elettrici o indicano quanto vale la tensione che può permanere senza creare situazioni di pericolo per le persone per contatti indiretti negli impianti utilizzatori.  Cioè esse costituiscono il primo riferimento ufficialmente riconosciuto in ambiti, in cui è fondamentale fornire indicazioni quantitative precise, che possono risultare di grande e necessario aiuto al mondo impiantistico. 

Di specifiche e puntuali azioni nell'ambito di una definizione quantitativa delle grandezze, che individuano i parametri di rendimento degli impianti elettrici, abbiamo osservato alla lettura del documento un modesto riscontro. Anche la procedura proposta per la valutazione sintetica del risultato finale delle azioni intraprese o da intraprendere ci pare improvvisata e forzata, molto poco convincente.  Si tratta pertanto a nostro avviso di un documento che non dovrebbe potersi fregiare della qualifica di "norma tecnica". Il documento riporta indicazioni sommarie riconducibili a diversi aspetti riguardanti il rendimento e, in senso più lato, l' "efficienza" degli impianti elettrici. Di numerico/quantitativo il documento propone la possibilità di assegnare un diverso punteggio a generici adempimenti che in materia di efficienza energetica fossero stati/venissero adottati e, in base a tale punteggio, classificare, a noi pare un po' troppo grossolanamente, sotto il richiamato profilo energetico, gli impianti elettrici. Per concludere un documento, che certamente non ci sembra possedere i requisiti per potersi definire "norma tecnica".

Seconda osservazione

 Ammesso e non concesso che il CEI

 -si possa/debba occupare di dare indicazioni di larga massima (ottimizzazione), cioè non puntuali,  tese ad una migliore progettazione/gestione degli impianti elettrici dal punto di vista energetico  ("efficienza energetica"), 

-si possa/debba occupare di fornire criteri per una sintetica  valutazione di classificazione degli impianti elettrici in fatto di rispondenza alle moderne esigenze di efficienza energetica,

ci pare del tutto inappropriato che sia la stessa norma CEI 64-8 a farlo. La norma CEI 64-8 infatti da sempre si occupa di fornire indicazioni precise sulla progettazione degli impianti elettrici sotto l'aspetto della sicurezza, cioè della salute delle persone. 

Rimane pertanto per noi del tutto ingiustificata la novità di introdurre indicazioni relative ad un aspetto molto lontano dalla sicurezza nella norma CEI 64-8.                

A dare maggior peso alla nostra osservazione conta il fatto che tutte le indicazioni presenti nella norma CEI 64-8, almeno cioè tutte quelle che non risultano esplicitamente definite semplici raccomandazioni, hanno ordinariamente il carattere di obbligo di adozione (prescrizioni), con chiari risvolti di responsabilità in sede penale e civile; obbligo di adozione che non deve/può naturalmente essere esteso per gli impianti elettrici all'ambito della richiesta di maggior di efficienza , ma che innegabilmente non può non contaminare tale richiesta, stante anche l'uso nel testo del termine "prescrizioni". 
Alla luce di quanto sopra richiamato, sembra molto più logico ed appropriato che l'efficienza energetica fosse stata trattata in una specifica apposita guida. Ciò anche per altri diversi motivi, che affronteremo, se richiesti, in altra sede. 

La scelta degli interruttori automatici nella nuova edizione della norma CEI 64-8

La nuova edizione della norma CEI 64-8 ha accolto solo parzialmente le nostre osservazioni. Ciò relativamente all'articolo 533.3.2 della norma che tratta della scelta degli interruttori automatici di protezione. Nella parte commenti relativa all'articolo 533.3.2 si legge oggi quanto di seguito riportiamo.

”Commento 533.3.2 

Gli apparecchi di protezione per la protezione dal cortocircuito devono essere conformi ai requisiti delle norme CEI che trattano interruttori automatici e fusibili, ma deve essere tenuto in  considerazione  anche  che  le  condizioni  di  installazione  negli  impianti  possono  essere  diverse da quelle previste in quelle norme, in particolare con riferimento a:

•    Il fattore di potenza della corrente di corto circuito, in un sistema a corrente alternata in un  impianto,  può  essere  inferiore  a  0,2,  valore  minimo  previsto  dalle  norme  di  prodotto  (Interruttori) per la prova di cortocircuito in apertura;

•     La riduzione della componente c.a. e c.c. della corrente di cortocircuito. La conseguenza è che il rapporto tra il potere d’interruzione nominale limite di cortocircuito Icu ed il potere di chiusura nominale in cortocircuito Icm corrispondente, nelle normali condizioni dei sistemi di distribuzione, può essere inadeguato. In questi casi, gli interruttori automatici devono essere scelti in base al loro potere di chiusura Icm potere di chiusura nominale in cortocircuito. (short-circuit making capacity), anche se il loro potere d’interruzione nominale, riferito alle condizioni normali, può risultare superiore a quello richiesto dalla effettiva applicazione. 

Si  suggerisce  inoltre  di  consultare  il  costruttore  dell’apparecchiatura  per  avere  maggiori  informazioni."

Non è stato modificato il testo proposto in bozza: alla fine il verbo interloquire è stato sostituito con il verbo consultare. 

La nuova edizione della norma CEI 64-8 ha accolto solo parzialmente le nostre osservazioni anche  relativamente all'articolo 434.3.3 della norma che tratta della scelta dei condotti sbarra, che nella parte commenti recita : "Valori di Icw minori della corrente di cortocircuito presunta sono accettabili, a pari I2t, se il valore di picco della corrente di cortocircuito presunta non supera quello tollerabile indicato dal costruttore del sistema di condotto sbarre o di binario elettrificato. In alcune situazioni (per es. in vicinanza di trasformatori di potenza e/o di generatori) il fattore di potenza della corrente di cortocircuito presunta da considerare è, al contrario di quanto avviene in  altre  più  frequenti  situazioni,  inferiore  a  quello  di  prova  convenzionale  dei  condotti  sbarra  definito in base all’Icw. In queste situazioni o equivalenti la corrente nominale di tenuta al picco del sistema di condotto sbarre o di binario elettrificato non deve essere inferiore al valore di picco della corrente di cortocircuito presunta, fatti salvi gli effetti di limitazione, dell’eventuale dispositivo di protezione posto a monte".

E' chiaro che per entrambi i casi  richiamati si tratta di finalmente almeno allarmare i progettisti, i quadristi e i collaudatori sul problema dei cosfi della corrente di cortocircuito presunta. Tali cosfi sono spesso troppo bassi relativamente alle condizioni dell'installazione di interruttori di protezione, di condotti sbarra e di barrature di quadri elettrici importanti. I cosfi da contrastare sono inferiori a quelli di prova in apertura, in chiusura degli interruttori e a quelli utilizzati per la prova di tenuta dei condotti sbarra/barrature.

 A nostro avviso non si elimina il rischio per i progettisti di cadere in scelte errate. Inoltre ogni responsabilità resta in prima battuta tutta in capo ai progettisti, quadristi e collaudatori.  Comunque un segnale di attenzione è stato almeno comunicato.

E' bene a scanso di pesanti responsabilità che i progettisti, i quadristi e i collaudatori per le applicazioni "critiche" si dotino di consenso scritto dei costruttori degli interruttori e dei condotti sbarre e barrature. 

ANCORA SULLA SCELTA DEGLI INTERRUTTORI A VALLE DEI TRASFORMATORI MT/BT ( a regola d'arte ! )

 Ogni possibile aggancio con il problema del cosfi viene accuratamente evitato. Ad esempio consideriamo il quaderno ABB dal titolo “Cabine MT/BT: teoria ed esempi di calcolo di cortocircuito” e l’esempio svolto a pag. 14.

Si svolge il calcolo della corrente di cortocircuito a valle di un trasformatore con Pn pari a 400 kVA.  

A pensar male si può pensare che per non incorrere nel fatto di dover ammettere che è diffusa e concreta la possibilità di imbattersi nella situazione imbarazzante, per cui il cosfi per cui sono abilitati gli interruttori in quanto a potere di interruzione, non copre anche i casi più comuni come quello presentato, si attribuisce al trasformatore una caratteristica speciale senza dichiararlo.

Le perdite nel rame sono dichiarate pari al 3%. Tale valore incide proporzionalmente sul valore del cosfi della corrente di cortocircuito.

I trasformatori in olio presentano però in genere perdite pari a 1,35 % se a perdite normali e pari a 1,07 se a perdite ridotte.

Se si fossero adottati i normali valori di perdite il cosfi della corrente di cortocircuito, valutata in circa 15 kA, a macchina calda sarebbe risultato circa 0,35 nel caso di perdite normali e pari a 0,29 nel caso di perdite ridotte. Nel secondo caso essendo gli interruttori con poteri di interruzione compresi tra 10 e 20 kA abilitati per cosfi pari a 0,3 e non inferiori, non potrebbero essere adottati.

A impianto freddo il fenomeno è esaltato ed entrambe le situazioni diventano non accettabili dal punto di vista che abbiamo considerato.

Le cose peggiorano nel caso si considerino trasformatori rispondenti per classi di efficienza alla più recente norma CEI EN 50588-1.

Per i trasformatori in resina le cose peggiorano in quanto le perdite nel rame aumentano di poco, mentre la tensione di cortocircuito aumenta del 50 %.

Si dovrebbe ricorrere pertanto all’adozione di interruttori con prestazioni superiori a quelli che ordinariamente ammissibili.

Possibilità che a scapito della sicurezza non si vuol ancor oggi introdurre e la norma CEI non ci aiuta.  

In capo a chi la responsabilità di una scelta errata che pare accettata anche dalla norma ?