Panoramica della protezione a tre stadi

La protezione a tre stadi è una strategia di protezione da sovracorrente comune utilizzata nei moderni interruttori automatici a bassa tensione (MCCB, ACB). La sua idea principale è quella di dividere i guasti da sovracorrente in tre livelli, ciascuno gestito in base all'entità della corrente e al ritardo temporale, garantendo una risoluzione sicura dei guasti mantenendo  la selettività.

Obiettivo:  In caso di sovraccarico o cortocircuito isolare solo il ramo difettoso senza interrompere la continuità di alimentazione dell'intero sistema di distribuzione.

Spiegazione dettagliata di ogni fase

1. Protezione a lungo termine (sovraccarico)

Lo stadio a lungo ritardo rileva ed elimina le sovracorrenti sostenute che non sono estremamente elevate (tipicamente entro 1,0–1,3 volte la corrente nominale). Di solito segue una caratteristica a tempo inverso: maggiore è la corrente, minore è il tempo di funzionamento.

Le applicazioni tipiche includono sovraccarichi continui su motori o circuiti di distribuzione o tolleranza temporanea di corrente durante l'avvio delle apparecchiature. L'obiettivo principale è prevenire danni all'isolamento o alle apparecchiature causati dal surriscaldamento.

Esempio di formula del tempo inverso (per riferimento):
t = k × (I / I r ) −2

2. Protezione di breve durata

La protezione di breve durata mira a correnti di cortocircuito di livello medio, generalmente impostate su 4×–10× corrente nominale, con un ritardo di 0,05–0,5 secondi. Questo ritardo intenzionale consente  la selettività temporale , consentendo agli interruttori a valle di intervenire per primi.

In una rete di distribuzione, quando un circuito derivato subisce un cortocircuito, l'interruttore o il fusibile dovrebbero agire per primi. In caso di guasto, l'interruttore a monte, impostato con un breve ritardo, scatterà dopo il ritardo, proteggendo così le sbarre collettrici e i dispositivi di livello superiore.

3. Protezione istantanea

La protezione istantanea risponde immediatamente a correnti di cortocircuito estremamente elevate (≥10× corrente nominale), con un tempo di funzionamento nell'ordine dei millisecondi (<10 ms). Funge da linea di difesa finale e più rapida per prevenire la persistenza dell'arco, danni alle sbarre o guasti a cascata.

La fase istantanea in genere non ha ritardi intenzionali, interrompendo istantaneamente i guasti gravi.

Esempio di progettazione e raccomandazioni di impostazione

Di seguito è riportato un esempio tipico (solo come riferimento; le impostazioni effettive devono seguire la capacità di cortocircuito, la selettività e le linee guida del produttore):

• Corrente nominale:  In = 400 A

• Lungo ritardo: Ir = 1,0 × In = 400 A (impostazione a tempo inverso)

• Di breve durata: Isd = 5 × In = 2000 A, ritardo = 0,3 s

• Istantaneo: Ii = 10 × In = 4000 A (intervento istantaneo)

Esempio di funzionamento:
450 A → intervento in più secondi (Long-Time);
2500 A → sgancia dopo 0,3 s (breve durata);
5000 A → intervento istantaneo (istantaneo).

Durante l'impostazione, considerare la capacità di cortocircuito del bus, le caratteristiche di protezione a valle, i requisiti di continuità dell'alimentazione e la resistenza termica delle apparecchiature.

Principi di coordinamento e metodi di prova

La regola di coordinamento può essere riassunta come:  'A valle veloce, a monte lento.'  Gli interruttori più vicini al carico dovrebbero agire più velocemente ed essere più sensibili, mentre quelli più vicini alla sorgente dovrebbero mantenere ritardi più lunghi per mantenere la selettività.

Raccomandazioni per la messa in servizio e la verifica:

• Eseguire l'analisi della selettività durante la progettazione utilizzando le curve caratteristiche tempo-corrente (TCC).

• Condurre test di iniezione secondaria o test di iniezione corrente per verificare il tempo di intervento e il coordinamento.

• Registra e archivia impostazioni, dati di test e foto del sito per la documentazione di accettazione.

Estensione: protezione a quattro stadi e guasto a terra

I moderni interruttori automatici intelligenti spesso aggiungono una quarta fase, la protezione dai guasti a terra , oltre alle tre tradizionali. La protezione dai guasti a terra rileva la corrente sbilanciata residua a terra e fornisce una risposta sensibile, adatta per applicazioni che richiedono una maggiore sicurezza del personale e protezione delle apparecchiature.

Linee guida per test e accettazione

I test di accettazione dovrebbero includere, ma non essere limitati a:

• Verifica della curva di funzionamento a lungo termine (iniezione multipunto)

• Test di ritardo e ritiro di breve durata

• Test della soglia di intervento istantaneo (corrente elevata, inferiore al limite del dispositivo)

• Misurazione e confronto della corrente di cortocircuito del sistema per garantire che i valori di impostazione siano appropriati

Avviso di sicurezza:  i test ad alta corrente sono pericolosi e devono essere eseguiti solo da personale qualificato in condizioni di assenza di tensione o controllate. Seguire le procedure operative standard e indossare adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI).