Requisiti normativi

Definizioni principali e requisiti delle norme internazionali sulla selettività.

Ecco le principali informazioni e definizioni relative alla selettività in base alle seguenti norme:

CEI EN 60947-1: “Apparecchiature a bassa tensione – Parte 1: Regole generali”
CEI EN 60947-2: “Apparecchiature a bassa tensione – Parte 2: Interruttori automatici”
IEC/TR 61912-2 “Low-voltage switchgear and controlgear – Over-current protective de-vices – Part 2: Selectivity under over-current conditions”.

IEC 60947-1

IEC 60947-2

IEC 60947-2 – Allegato A

IEC/TR 61912-2

La norma CEI EN 60947-1 comprende le seguenti definizioni relative alla selettività

coordinamento dei dispositivi di protezione di sovracorrente (2.5.22)

coordinamento di due o più dispositive di protezione di sovracorrente in serie fra loro per assicurare la selettività di intervento e/o la protezione di sostegno(back-up)

selettività di intervento per sovracorrente (2.5.23)

coordinamento fra le caratteristiche di funzionamento di due o più dispositivi di protezione di sovracorrente, tale che al verificarsi della sovracorrente entro limiti, il dispositivo destinato a funzionare entro tali limiti intervenga mentre gli altri non intervengano

La norma CEI EN 60947-2 comprende le seguenti definizioni relative alla selettività

coordinamento delle protezioni di sovracorrente (2.17.1)

selettività totale (2.17.2)

selettività di sovracorrente in cui, in presenza di due dispositivi di protezione di sovracorrente in serie, il dispositivo di protezione lato carico effettua la protezione senza causare l’intervento dell’altro dispositivo

selettività parziale (2.17.3)

selettività di sovracorrente in cui, in presenza di due dispositivi di protezione di sovracorrente in serie, il dispositivo di protezione lato carico effettua la protezione fino ad un dato livello di sovracorrente, senza causare l’intervento dell’altro dispositivo

corrente limite di selettività I_s (2.17.4)

la corrente limite di selettività è un valore limite di corrente

• al di sotto del quale, in presenza di due dispositivi di protezione in serie, il dispositivo posto lato carico completa la sua operazione di interruzione in tempo sufficiente a prevenire che l’altro dispositivo inizi la sua operazione (cioè la selettività è assicurata);

• al di sopra della quale, in presenza di due dispositivi di protezione in serie, il dispositivo lato carico può non completare la sua operazione di interruzione in tempo sufficiente a prevenire che l’altro dispositivo inizi la sua operazione (cioè la selettività non è assicurata).

Categorie di selettività (4.4)

La categoria di selettività di un interruttore deve essere stabilita a seconda che essa sia o non sia specificatamente intesa per ottenere la selettività per mezzo di ritardo intenzionale, rispetto ad altri dispositivi disposti in serie sul lato carico, in condizioni di corto circuito.

Categoria di selettività A: interruttori del tipo senza specificazione della corrente nominale di breve durata I_cw (adatti per selettività energetica)

Categoria di selettività B: interruttori con specificata la corrente nominale di breve durata I_cw (adatti per selettività cronometrica)

I_cw: corrente di breve durata ammissibile (per ulteriori informazioni vedi il punto 4.3.5.4 della norma IEC 60947-2, 2006-08)

Per ulteriori informazioni, consultare il punto 4.4. e la Tabella 4 della norma IEC 60947-2, 2006-08.

Coordinamento in condizioni di cortocircuito tra un interruttore e un altro dispositivo di protezione contro il cortocircuito associato nello stesso circuito

Il presente Allegato costituisce una guida e fornisce le prescrizioni per il coordinamento degli interruttori con altri dispositivi di protezione (SCPD) associati nello stesso circuito, per quanto riguarda la selettività e la protezione di sostegno.

Lo scopo del presente Allegato è quello di stabilire:

– le prescrizioni generali del coordinamento di un interruttore con un altro dispositivo di protezione (SCPD);

– i metodi e le prove (se ritenute necessarie) per verificare che le condizioni di coordinamento siano state soddisfatte.

Per assicurare il coordinamento in condizioni di cortocircuito tra un interruttore (C₁) ed un altro dispositivo di protezione contro il cortocircuito (SCPD) associato nello stesso circuito, è necessario considerare le caratteristiche di ciascuno dei due dispositivi e il loro comportamento nell’associazione.

NOTA: Un dispositivo di protezione (SCPD) può incorporare dispositivi di protezione addizionali, per es. sganciatori di sovraccarico.

Il dispositivo di protezione (SCPD) può essere costituito da un fusibile (o da un gruppo di fusibili) o da un altro interruttore (C₂) (vedi figura sottostante).

C1 = Interruttore limitatore (L)
(caratteristica della durata di interruzione)
C2 = Interruttore non limitatore (N)
(caratteristica di sgancio)

C1 = Interruttore non limitatore (N)
(caratteristica della durata di interruzione)
C2 = Interruttore con tempo di ritardo intenzionale (STD) (caratteristica di sgancio)

Selettività totale fra due interruttori

La comparazione delle caratteristiche di funzionamento individuali di entrambi i dispositivi associati può non essere sufficiente, con riferimento al comportamento di questi due dispositivi operanti in serie, poiché l’impedenza dei dispositivi non è sempre trascurabile. Si raccomanda che ciò venga tenuto in considerazione. Per le correnti di cortocircuito si raccomanda di fare riferimento all’I²t anziché al tempo.

Il termine "coordinamento" prende in considerazione la selettività (2.5.23 della IEC 60947-1 e anche 2.17.2 e 2.17.3) e la protezione di sostegno.

Considerazioni sulla selettività possono in generale essere effettuate con lo studio teorico o con una prova, mentre la verifica della protezione di sostegno normalmente richiede l’effettuazione di prove.

3.1 Verifica della selettività

La selettività può normalmente essere verificata con uno studio solamente teorico, cioè comparando le caratteristiche di funzionamento di C1 e del dispositivo (SCPD) associato, per esempio, quando il dispositivo di protezione associato è un interruttore (C2) con ritardo intenzionale.

I costruttori di C1 e del dispositivo di protezione (SCPD) devono fornire dati adeguati relativi alle caratteristiche di funzionamento per permettere la determinazione della corrente I_s per ciascuna associazione.

In taluni casi sono necessarie prove sull’associazione alla corrente I_s, per esempio quando C1 è costituito da un interruttore limitatore di corrente e C2 non ha un ritardo intenzionale.

Per ottenere la selettività desiderata quando il dispositivo di protezione (SCPD) associato è un interruttore, può essere necessario utilizzare come C2 un interruttore con breve ritardo intenzionale.

La selettività può essere parziale o totale fino al potere di interruzione nominale in cortocircuito I_cu(o I_cs)di C1. Per una selettività totale, la caratteristica di non intervento di C2 o la caratteristica di prearco del fusibile deve essere situata al di sopra della caratteristica di intervento (durata di interruzione) di C1.

Per ulteriori informazioni, vedi l’Allegato A della norma CEI EN 60947-2, 2007-07.

Il presente Technical Report, che ha lo scopo di guida applicativa per la determinazione della selettività tra i dispositivi di protezione di sovracorrente per i quadri di bassa tensione, riassume definizioni e terminologia relative e fornisca esempi applicativi.

Questo documento non tratta altre forme di protezione, come la protezione da inversione di potenza, la protezione direzionale ed i sistemi di protezione dall’arco elettrico.

Selettività fra interruttori

Di seguito sono descritte le modalità per la determinazione della selettività fra interrut-tori, sia per la zona di sovraccarico che per la zona del corto circuito.

UD = dispositivo a monte:

considerando la selettività fra due dispositivi di protezione contro il sovraccarico (OCPD), è l’OCPD collegato più vicino alla sorgente di alimentazione nel circuito

DD = dispositivo a valle:

considerando la selettività fra due dispositivi di protezione contro il sovraccarico (OCPD), è l’OCPD collegato immediatamente di seguito al dispositivo a monte, sul lato carico nel circuito.

zona del sovraccarico

range di correnti che superano la corrente nominale dell’OCPD (dispositivo di protezione contro il sovraccarico), generata dal circuito che carica in assenza di guasto nel circuito stesso

zona del cortocircuito:

range di correnti che superano la corrente di sovraccarico generata da un guasto nel circuito

5.1.1.1 Interruttori – Selettività nella zona di sovraccarico

La selettività nella zona di sovraccarico è verificata per comparazione delle caratteristiche tempo-corrente, vedi Figura 1a and Figura 1b (la Figura 1b è applicabile soltanto ad interruttori scatolati ed interruttori aperti). La separazione delle caratteristiche lungo i due assi – tempo e corrente – assicura il funzionamento selettivo del dispositivo a valle (DD) rispetto al dispositivo a monte (UD), in tale zona. Si dovrà prevedere una tolleranza applicabile alla caratteristica e di tale valore si dovrà tener conto. I dati forniti dal costruttore dovrebbero includere una fascia di tolleranza o comunque indicare la tolleranza applicabile come richiesto dalla norma di prodotto.

Comparazione delle caratteristiche di funzionamento degli interruttori nella zona del sovraccarico

Figura 1a

Comparazione delle carat-teristiche termiche tempo-corrente nel-la zona del sovraccarico

Figura 1b

Comparazione delle caratteristiche elet-troniche tempo-corrente nella zona del sovraccarico

NOTA: Le caratteristiche sono soggette a tolleranze, che dovranno essere tenute nella dovuta considerazione.

NOTA: La scala di valori delle correnti deve essere espressa in ampere (o kA) per rendere possibile la comparazione delle curve. Le caratteristiche rese note dal costruttore possono essere espresse sia in ampere che in multipli della corrente nominale.

NOTA: E’ prassi utilizzare anche una combinazione di caratteristiche termomagnetiche ed elettroniche.

5.1.1.2 Interruttori – Selettività nella zona del cortocircuito

La selettività fra interruttori è oggetto di trattazione delle norme di prodotto IEC 60947-2, Allegato A e IEC 60898-1, Allegato D, in cui si specificano le prove, se previste, che determinano la selettività nella zona del cortocircuito.

Di seguito sono presentati i metodi applicabili.

NOTA: Per le loro caratteristiche costruttive di base gli interruttori modulari conformi alla norma IEC 60898-1 sono generalmente estremamente selettivi rispetto agli interruttori modulari conformi alla norma IEC 60947-2.

5.1.1.2.1 Interruttori – Determinazione della selettività nella zona del cortocircuito per comparazione delle caratteristiche

La determinazione della selettività fra due interruttori nella zona del cortocircuito in base al confronto fra le caratteristiche, è limitata al caso in cui l’UD abbia una funzione di ritardo sull’intervento in corto circuito garantita da un relè elettronico. La selettività rispetto a correnti di guasto che causano l’intervento istantaneo dell’UD, sia per sganciatori elettronici che per sganciatori elettromagnetici, deve essere determinata in base a dati di prova forniti dal costruttore.

5.1.1.2.2 Interruttori – Determinazione della selettività nella zona del cortocircuito effettuata tramite prove per correnti di guasto che causano l’intervento istantaneo

La corrente limite di selettività, per ciascuna combinazione di interruttori, viene determinata in base a prove ed il costruttore fornirà i dati relativi, solitamente in forma di grafico. In ciascun caso, la selettività può essere totale o parziale:

selettività totale:
cioè selettività per tutte le sovracorrenti fino al valore del potere di interruzione, cioè soltanto il DD funzionerà (fino alla posizione di SGANCIO) per sovracorrenti fino a tale livello.
selettività parziale:
cioè selettività fino ad un valore di sovracorrente inferiore al potere di interruzione del DD. La corrente limite di selettività si ottiene confrontando le caratteristiche tempo-corrente, oppure, nel caso di intervento istantaneo dell’UD, da dati ottenuti da prove e forniti dal costruttore.

NOTA:

I valori della corrente limite di selettività nella zona del cortocircuito che causano l’intervento istantaneo dell’interruttore si ricavano dai dati di prova e sono specifici per ogni tipo di dispositivo. Non esiste un metodo riconosciuto di sostituzione per dispositivi di un diverso costruttore.
Sono disponibili sistemi software proprietari per la determinazione della selettività che lavorano su dati tempo-corrente forniti dai singoli costruttori.

SELETTIVITA’ CON I FUSIBILI DI BASSA TENSIONE

Il Rapporto Tecnico contiene tutti i requisiti necessari alla verifica del coordinamento in presenza di fusibili. In particolare:

La Sezione 5.1.2.1 dispone la verifica della selettività per la combinazione interruttore a monte-fusibile a valle nella zona del sovraccarico
La Sezione 5.1.2.2 dispone la verifica della selettività per la combinazione interruttore a monte-fusibile a valle nella zona del cortocircuito
La Sezione 5.2.1.1 definisce la selettività tra fusibile a monte e interruttore a valle nella zona del sovraccarico
La Sezione 5.2.1.2 definisce la selettività tra fusibile a monte e interruttore a valle nella zona del cortocircuito
La Sezione 5.2.2 spiega la selettività tra fusibili nelle zone di sovraccarico e di cortocircuito.

Zone selectivity

Introduction

Operatively speaking

This type of coordination is an evolution of time coordination.
In general, zone selectivity is realized by means of dialogue between the current measuring de-vices that, once the setting threshold has been detected as having been exceeded, allows the fault zone to be identified correctly and the power supply to the fault to be cut off.

It can be realized in two ways:

The measuring devices send the information on the current setting threshold having been exceeded to a supervision system and the latter identifies which protection has to intervene;
When there are current values exceeding their setting, each protection sends a lock signal by means of a direct connection or a bus to the hierarchically higher level protection (on the supply side in relation to the power flow direction) and, before intervening, checks that a similar lock signal has not arrived from the load-side protection. Thus, only the protection immediately on the supply side of the fault trips.

This second way guarantees without doubt shorter trip times. Compared with a coordination of the time type, the need to increase the intentional delay as one moves towards the power supply source is no longer necessary. The delay can be decreased to the time needed to exclude the presence of a possible lock signal coming from the load-side protection.
This type of selectivity is suitable for radial networks and, when associated with directional protec-tion, is suitable for meshed networks too.

Compared with the coordination of time type, zone selectivity permits:

a reduction in the trip times (these can be lower than hundred milliseconds);
a reduction both in the damage caused by the fault and in the interferences in the power supply system;
a reduction in the thermal and dynamic stresses on the components of the installation;
a very high number of selectivity levels.

However:

it is more burdensome both in terms of cost and of complexity of the installation;
it requires an auxiliary supply.

As a result, this solution is mainly used in systems with high rated current and short-circuit current values and with binding requirements for safety and service continuity. In particular, examples of logical selectivity are often found in the primary distribution switchgear placed closely on the load side of transformers and generators.

This type of selectivity can be realized:

between Emax 2 air circuit-breakers equipped with Ekip Touch and Ekip Hi-Touch trip units.
The ultimate selectivity limit which can be obtained is equal to the Icw
Is = Icw

between Tmax T4L,T5L and T6L moulded-case circuit-breakers equipped with PR223 EF trip units.
The ultimate selectivity limit which can be obtained is 100kA
Is = 100kA

Then, by means of S51/P1 contact module, it is possible to make a chain of zone selectivity between Tmax and Emax 2. It is also possible to realize a selectivity chain including ABB MV protections.

The operating principle of zone selectivity between ABB circuit-breakers is as follows:
In the presence of current values higher than their setting, each protection sends a lock signal (by means of a direct connection or a bus) to the hierarchically higher level protection (on the supply side in relation to the power flow direction) and, be-fore tripping, checks that an analogous lock signal has not arrived from the load-side protection. In this way, only the protection immediately to the supply side of the fault trips.