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Introduzione
Lo scopo di questo articolo è quello di fornire una migliore comprensione dell'impedenza del loop di guasto, detta anche impedenza del loop di guasto di terra, in modo da soddisfare i requisiti delle norme di cablaggio AS/NZS 3000 per la sicurezza, la progettazione, l'installazione e il collaudo degli impianti elettrici.
È possibile calcolare l'impedenza del loop di guasto a mano o tramite software. Cable Pro Web è in grado di calcolare con precisione l'impedenza del loop di guasto.
Questo documento fornisce:
- Il background teorico dell'impedenza dell'anello di guasto che porterà a una migliore comprensione per coloro che devono eseguire progetti e calcoli.
- Una guida pratica all'esecuzione dei processi e delle procedure per soddisfare i requisiti dello standard australiano e neozelandese AS/NZS 3000:2018.
- Informazioni su come l'impedenza dell'anello di guasto viene utilizzata dal software Cable Pro Web per calcolare le dimensioni del cavo di terra.
Il background teorico dell'impedenza dell'anello di guasto
Il circuito di guasto a terra in un sistema MEN comprende i seguenti componenti:
- Il conduttore di terra di protezione (PE) comprende il terminale/collegamento di terra principale o la barra e il collegamento MEN.
- Il percorso di ritorno del neutro costituito dal conduttore di neutro (N) tra il terminale di neutro principale e il punto di neutro del trasformatore.
- Il percorso attraverso l'avvolgimento del trasformatore.
- Il conduttore attivo (A) fino al punto di guasto.
Il loop di guasto a terra è normalmente considerato come costituito dalle due parti seguenti:
- Conduttori a monte o "esterni" al punto di riferimento.
- Conduttori a valle o "interni" al circuito rispetto al punto di riferimento.
La Figura 2 mostra l'anello di guasto a terra per un cortocircuito attivo di terra. All'istante del guasto, la corrente fluisce attraverso l'anello di guasto a terra e la sua entità è limitata dall'impedenza totale del percorso (Zs), ottenuta dalla somma delle impedenze dei singoli elementi.
Requisiti degli standard australiani
La norma AS/NZS 3000 Wiring Rules si applica in tutta l'Australia e la Nuova Zelanda e fa riferimento, in tutto o in parte, alla legislazione di tutti gli Stati dell'Australia e della Nuova Zelanda. Pertanto, la progettazione e l'installazione di tutti i circuiti elettrici in queste regioni devono soddisfare i requisiti minimi di questa norma.
Un requisito di sicurezza fondamentale indicato in AS/NZS 3000 è la protezione delle persone dal "contatto indiretto" con parti sotto tensione. La disconnessione automatica dell'alimentazione è il modo più comune per soddisfare questo requisito. Tuttavia, c'è qualcosa di più.
Per essere conforme alle Regole di cablaggio, ogni circuito di un impianto elettrico deve essere progettato in modo tale che la disconnessione automatica dell'alimentazione si verifichi entro un tempo prestabilito quando si verifica un cortocircuito di impedenza trascurabile tra il conduttore di terra attivo e quello di protezione o un'altra parte conduttiva esposta in qualsiasi punto dell'impianto elettrico.
Per soddisfare questo requisito di AS/NZS 3000 quando si verifica un guasto attivo a terra, e questo è il punto importante, l'impedenza totale del percorso dell'anello di guasto (costituito da tutti i conduttori, le connessioni e i contatti, nonché dagli avvolgimenti del trasformatore) deve essere sufficientemente bassa da consentire il passaggio di una corrente sufficiente a garantire il funzionamento del dispositivo di protezione entro il tempo specificato.
Pertanto, è necessario ottenere l'impedenza totale effettiva del loop di guasto a terra (Zs) e l'impedenza massima consentita del loop di guasto Zmax.
Calcolo dell'impedenza effettiva dell'anello di guasto (Zs)
L'impedenza totale dell'anello di guasto a terra (Zs) è approssimativamente uguale alla somma delle impedenze di tutti i componenti del circuito nel percorso di corrente dell'impedenza dell'anello di guasto illustrato nella Figura 2.
Cioè l'impedenza totale dell'anello di guasto è pari a:
L'impedenza interna (Zint) è calcolata come:
Un metodo accurato utilizzato da Cable Pro per determinare l'impedenza dei conduttori nel percorso del loop di guasto a terra è quello di utilizzare i dati di resistenza e reattanza riportati in AS/NZS 3008.1 - Impianti elettrici - Selezione dei cavi.
Per calcolare l'impedenza esterna (Zext) si utilizza la regola di AS/NZS 3000 secondo cui almeno l'80% della tensione nominale di fase sarà disponibile nella posizione del dispositivo di protezione.
Calcolo dell'impedenza massima consentita dell'anello di guasto (Zmax)
L'impedenza effettiva dell'anello di guasto (Zs) deve essere inferiore al massimo consentito per garantire l'intervento del dispositivo di protezione del circuito durante un guasto.
L'impedenza massima consentita dell'anello di guasto (Zmax) viene calcolata in base alla potenza del dispositivo di protezione come segue:
Dove
Uo = Tensione nominale di fase.
Ia = Corrente che garantisce il funzionamento automatico del dispositivo di protezione.
Zmax = Impedenza massima del circuito di guasto a terra.
Ia per l'interruttore automatico è la corrente di intervento media come segue:
- Tipo B = 4 (tipico) × corrente nominale
- Tipo C = 7,5 (tipico) × corrente nominale
- Tipo D = 12,5 (tipico) × corrente nominale
- Ia per i fusibili sono valori medi appropriati da AS 60269.1.
Si noti che il valore effettivo del moltiplicatore di intervento può variare e nel software Cable Pro questo valore viene modificato per corrispondere all'impostazione effettiva del dispositivo di protezione.
Il valore dell'impedenza massima dell'anello di guasto a terra (Zmax) rispetto all'impedenza totale effettiva (Zs) può essere utilizzato per determinare le dimensioni appropriate del cavo di terra (spiegate di seguito).
Come calcolare le dimensioni del cavo di terra
Le dimensioni del cavo di terra devono essere sufficienti a garantire la sicurezza:
- Impedenza del loop di guasto a terra (Zs) appropriata.
- Adeguata capacità di trasporto della corrente per le correnti di guasto a terra previste per un tempo almeno pari al tempo di intervento della protezione di circuito associata (equazione adiabatica).
- Resistenza meccanica adeguata.
La scelta della dimensione del cavo di terra è determinata da uno dei due fattori:
(a) Tabella 5.1 in AS/NZS 3000:2018 che fornisce le dimensioni conservative dei cavi di terra in relazione alla dimensione del cavo attivo più grande (o alla somma in caso di circuiti paralleli).
(b) Mediante calcolo - questo richiede che siano noti i dettagli del dispositivo di protezione. Quando si calcolano le dimensioni del cavo di terra,è necessario garantire un'adeguataimpedenza dell'anello di guasto a terra.
