Interruttori automatici, potere di interruzione e di chiusura

«In attesa che il CEI risponda, nella nuova edizione della Norma CEI 64-8, con maggiori precisazioni in proposito: Come ci dobbiamo comportare con la presenza di interruttori a valle di importanti trasformatori che non presentano, né per potere di interruzione né per potere di chiusura, un cosfi compatibile con quello della corrente di corto circuito presunta, se il quadro di distribuzione BT è posto in prossimità dei trasformatori stessi? La norma che tratta la costruzione degli interruttori automatici chiede, inequivocabilmente, che entrambe le prove sopra citate siano effettuate con cosfi di prova che risulti superiore a quelli riscontrati -nella pratica- nel caso in esame.» chiede un lettore di Elettro+Watt.

Bella grana, ma non certo nuova sotto tanti punti di vista nel mondo della progettazione. Iniziamo con le considerazioni generali che, a mio parere, sono sempre le più importanti.

La nostra generazione si trova di fronte a un corpo normativo imponente che tende (ma non ci riesce e probabilmente non ci riuscirà nemmeno mai per definizione) a coprire tutti i casi possibili. In realtà copre primariamente i casi più comuni e un certo numero di casi speciali e particolari.

Ma gli impianti già si facevano anche prima che ci fossero così tante norme e prima ancora che queste esistessero. Anzi le norme, proprio per definizione, codificano una buona pratica, ovvero seguono la pratica, non la anticipano (tranne che in alcuni casi molto rari).

Indipendentemente dalle norme dobbiamo quindi sempre ricordare che l’obiettivo è quello di realizzare degli impianti (e anche dei prodotti) che siano in grado di funzionare nelle condizioni reali nelle quali si trovano. Le norme valgono sotto certe ipotesi e al di là delle stesse ipotesi non possono essere, formalmente, adottate come riferimento.

Nel caso descritto dal lettore, le ipotesi alle quali fanno riferimento le norme di prodotto, non si sposano con le condizioni di installazione di interesse, ovvero, formalmente come tali non possono essere utilizzate in quel caso. È necessario tornare sul piano dell’elettrotecnica e acquisire, magari con l’aiuto del produttore del componente, ulteriori informazioni per capire come lo stesso si comporterà nelle condizioni di interesse.

Si può fare ancora riferimento sostanziale anche alle norme ma, l’estensione del loro campo di applicazione – magari con alcune variazioni – certamente non garantisce in modo automatico il raggiungimento della regola d’arte e indubbiamente, deve essere fatto con una coscienza e una competenza maggiore.

Se non ho ancora perso l’attenzione del lettore, la premessa generale l’ho fatta e posso passare al suggerimento di un approccio concreto al problema che preoccupa il lettore:

• l’ 434.3 della Norma CEI 64-8 prescrive che un interruttore deve essere scelto in modo che il potere di interruzione estremo (I_cu) sia maggiore o uguale alla corrente di cortocircuito presunta (I_k) nel punto di installazione;
• il fattore di potenza, in condizioni di cortocircuito in corrispondenza del quadro elettrico generale di bassa tensione appena a valle del trasformatore MT/BT dell’utente, è inferiore a quello assunto come riferimento dalla norma di prodotto Norma CEI EN 60947-2, utilizzando le prove dell’interruttore per dichiararne il potere di interruzione.

In questo caso dapprima la soluzione e poi la spiegazione.

Escludiamo, innanzitutto, il caso in cui si abbia una protezione con backup che potrebbe risolvere tutti i problemi e, immaginiamo di essere in un caso in cui la condizione imposta dall’art. 434.3 della Norma CEI 64-8 non sia soddisfatta. Si può quindi procedere così:

1. si calcola il valore di cresta (I_p) della corrente di cortocircuito con la formula seguente (art. 4.3.1.1 CEI 11-25): I_p = k √2 I_k
   Dove k = 1,02 + 0,98 e ^-3R/X, X ed R sono le reattanze equivalenti nel punto considerato;
2. si sceglie un interruttore con potere di chiusura dichiarato dal costruttore maggiore o uguale al valore di cresta appena calcolato della corrente di corto circuito presunta.

Vale la pena precisare che, il costruttore dell’interruttore automatico, può attestarsi sul minimo normativo oppure concepire, provare e dichiarare il proprio prodotto con prestazioni superiori a quelle previste dalle norme.

Nota la soluzione pratica, passiamo rapidamente alla sua ratio:

• il potere di chiusura in condizioni di cortocircuito (I_m) di un interruttore automatico viene espresso in termini di valore di cresta della corrente di cortocircuito (I_p), mentre il potere di interruzione (I_cu o Ics) si riferisce al valore efficace della componente simmetrica della corrente di cortocircuito (I_k);
• la Norma CEI EN 60947-2 è la principale norma di prodotto degli interruttori automatici per uso industriale e stabilisce le condizioni di prova di cortocircuito assumendo convenzionalmente valori del fattore di potenza del circuito di prova (fattore di potenza in cortocircuito) diversi per diversi valori della corrente (di cortocircuito). In particolare, si assume che il circuito sia tanto più induttivo quanto maggiore è la corrente di cortocircuito coerentemente con il fatto che il rapporto R/X delle impedenze in gioco diminuisce all’aumentare della sezione dei conduttori e della taglia dei trasformatori;
• il rapporto tra il valore di cresta I_p (valore di primo picco) e il valore efficace della componente simmetrica (I_k), della corrente di cortocircuito aumenta al diminuire del fattore di potenza di cortocircuito;
• sia in stabilimento sia in interruzione, a parità di valore efficace della componente simmetrica della corrente di cortocircuito (I_k), al diminuire del fattore di potenza l’interruttore automatico si trova a operare in condizioni più gravose.

Chiudo osservando che, i casi come quello descritto, sono destinati ad aumentare assieme:

• all’aumento delle potenze elettriche richieste (spostamento dei consumi da altra forma energetica a quella elettrica);
• alla diffusione di trasformatori a perdite sempre minori in ragione del Regolamento EU 1783/2019.