Spiegazione della corrente di guasto predittiva: come calcolare e misurare PSCC e PFC

Gli impianti elettrici sono progettati per funzionare in sicurezza in condizioni normali, ma guasti come cortocircuiti e guasti a terra possono causare il passaggio di correnti estremamente elevate in pochi millisecondi. Il livello di corrente disponibile durante un guasto è noto come corrente di guasto prevista (PFC).

La comprensione del PFC (Prospective Short-Circuit Current, corrente di cortocircuito prevista) e del PSCC (Prospective Short-Circuit Current, corrente di cortocircuito prevista) aiuta elettricisti, ingegneri e appaltatori a selezionare dispositivi di protezione con capacità di interruzione adeguate e a garantire un funzionamento sicuro degli impianti.

Che cos'è la corrente di guasto predittiva (PFC)?

La corrente di guasto potenziale è la corrente massima che potrebbe fluire in un circuito elettrico durante una condizione di guasto, ipotizzando un'impedenza trascurabile da parte dei dispositivi di protezione. Rappresenta la massima corrente di guasto possibile in un determinato punto dell'impianto.

La PFC è influenzata da diversi fattori, tra cui:

Generalmente, le correnti di guasto più elevate si verificano in prossimità del trasformatore di alimentazione, dove l'impedenza è inferiore.

Differenza tra PFC, PSCC e PEFC

Il termine PFC viene spesso utilizzato come descrizione generica della corrente di guasto disponibile, mentre PSCC e PEFC descrivono tipologie di guasto specifiche.

Corrente di cortocircuito prevista (PSCC)

PSCC si riferisce alla corrente di guasto tra conduttori sotto tensione, come ad esempio:

I guasti trifase solitamente producono i valori di corrente di guasto più elevati.

Corrente di faglia terrestre prevista (PEFC)

PEFC si riferisce alla corrente che fluisce durante un guasto linea-terra. Il suo valore dipende fortemente dal sistema di messa a terra e dall'impedenza dell'anello di guasto a terra.

In molte ispezioni elettriche, vengono misurati sia il PSCC che il PEFC, e il valore più alto viene registrato come PFC dell'impianto.

Perché le correnti di guasto sono importanti

I dispositivi di protezione come interruttori automatici, RCBO, MCCB e fusibili sono progettati per interrompere in modo sicuro le correnti di guasto prima che si verifichino danni all'interno di un impianto elettrico.

Se la corrente di guasto prevista supera la capacità di interruzione del dispositivo di protezione, l'apparecchiatura potrebbe guastarsi durante una condizione di guasto, causando potenzialmente gravi danni al quadro elettrico e aumentando i rischi per la sicurezza.

Calcoli accurati della corrente di guasto aiutano ingegneri ed elettricisti a selezionare le potenze nominali adeguate dei quadri elettrici, a coordinare correttamente i dispositivi di protezione, a ridurre i rischi di arco elettrico e a verificare che i tempi di disconnessione siano conformi alle normative sugli impianti elettrici.

Ad esempio, un interruttore automatico magnetotermico da 6 kA non dovrebbe essere installato su un circuito in cui la corrente di guasto misurata supera i 6 kA, poiché l'interruttore potrebbe non essere in grado di interrompere il guasto in sicurezza.

Come calcolare la corrente di cortocircuito potenziale

La formula più comune utilizzata per calcolare il PSCC è:

 

Dove:

Isc =

V Z

L'impedenza totale comprende:

Al diminuire dell'impedenza, la corrente di guasto aumenta.

Esempio di calcolo PSCC

Si consideri un sistema trifase a 400 V alimentato da un trasformatore da 500 kVA con impedenza del 5%.

Passaggio 1: Calcolare la corrente a pieno carico

IFL =

500000 √3 × 400

La corrente a pieno carico è di circa 722 A.

Passaggio 2: Calcolare la corrente di cortocircuito

ISC =

722 × 100 5

La corrente di cortocircuito prevista calcolata è di circa 14.4 kA.

Questo valore verrebbe quindi confrontato con la capacità di interruzione dei dispositivi di protezione installati all'interno del sistema.

Fattori che influenzano PSCC e PFC

Diverse caratteristiche dell'impianto possono aumentare o ridurre i livelli di corrente di guasto.

Dimensioni del trasformatore

I trasformatori di dimensioni maggiori generalmente producono correnti di guasto più elevate perché hanno un'impedenza inferiore. All'aumentare della capacità del trasformatore, può fluire una corrente maggiore durante una condizione di guasto.

Ad esempio, i trasformatori commerciali e industriali solitamente forniscono correnti di guasto potenziali più elevate rispetto ai trasformatori residenziali di dimensioni inferiori.

Anche l'impedenza del trasformatore influisce sui livelli di corrente di guasto. Un'impedenza inferiore consente correnti di guasto più elevate, mentre un'impedenza superiore contribuisce a limitarle.

Lunghezza del cavo

I cavi più lunghi aumentano l'impedenza del circuito, riducendo la corrente di guasto disponibile nel punto di guasto. Con l'aumentare della lunghezza del cavo, aumenta anche la resistenza elettrica, limitando la quantità di corrente che può fluire durante un cortocircuito o un guasto a terra.

Per questo motivo, i circuiti situati più lontano dalla fonte di alimentazione presentano in genere livelli di corrente di guasto potenziali inferiori.

Dimensione del conduttore

I conduttori di sezione maggiore presentano una minore resistenza elettrica, consentendo alla corrente di guasto di fluire più facilmente attraverso il circuito. All'aumentare della sezione del conduttore, l'impedenza del circuito diminuisce, il che può comportare una maggiore corrente di guasto potenziale.

I conduttori di sezione inferiore creano una resistenza maggiore, il che può contribuire a limitare i livelli di corrente di guasto, ma può anche aumentare la caduta di tensione e la generazione di calore in condizioni di carico.

Tipo di guasto

Diversi tipi di guasti elettrici producono diversi livelli di corrente di guasto. Un guasto trifase genera in genere la corrente di guasto più elevata perché tutte e tre le fasi vengono cortocircuitate direttamente tra loro con un'impedenza minima nel percorso del guasto.

Un guasto fase-fase produce in genere un livello di corrente inferiore poiché coinvolge solo due fasi. Un guasto a terra, invece, generalmente genera una corrente di guasto ancora più bassa, poiché la sua entità è fortemente influenzata dall'impedenza del percorso di ritorno a terra e dalla configurazione del sistema di messa a terra.

Posizione di fornitura

Gli impianti situati in prossimità delle sottostazioni spesso presentano valori di PFC più elevati a causa della minore impedenza di rete.

Come viene misurata la corrente di guasto potenziale

In pratica, gli elettricisti misurano comunemente il PFC utilizzando un tester di installazione multifunzione (MFT) o un tester di loop dedicato.

Lo strumento applica brevemente un carico di prova e calcola la corrente di guasto disponibile a partire dall'impedenza misurata.

Misurazione del PSCC

La PSCC viene in genere misurata tra:

• Linea e neutro
• Linea e linea (sistemi trifase)

Misurazione del PEFC

Il PEFC viene misurato tra:

• Linea e Terra

Il valore più alto viene normalmente registrato come valore PFC per l'impianto.

Procedura tipica di test PFC

Un tipico test PFC inizia isolando i circuiti a valle, ove necessario, per garantire condizioni di prova sicure. Il tester viene quindi collegato all'origine dell'impianto o direttamente al quadro di distribuzione.

Dopo aver selezionato la modalità di test PFC o di impedenza di anello sullo strumento, vengono effettuate misurazioni tra Linea e Neutro per determinare la Corrente di Cortocircuito Prospettica (PSCC) e tra Linea e Terra per determinare la Corrente di Guasto a Terra Prospettica (PEFC).

Una volta ottenute entrambe le letture, il valore più alto viene solitamente registrato come corrente di guasto prevista dell'impianto.

I test PFC vengono comunemente eseguiti sui quadri elettrici principali, sui quadri di distribuzione, sui circuiti finali e sui pannelli di distribuzione commerciali per verificare che i dispositivi di protezione siano in grado di interrompere in sicurezza le potenziali correnti di guasto.

Problemi di corrente di guasto alta e bassa

Sia correnti di guasto eccessivamente elevate che eccessivamente basse possono creare problemi di protezione.

Alto PFC

Livelli di corrente di guasto potenziali molto elevati possono creare seri rischi per la sicurezza e per le apparecchiature in un impianto elettrico. Se la corrente di guasto supera la capacità di interruzione di un interruttore automatico, il dispositivo potrebbe non riuscire a disconnettere il guasto in modo sicuro.

Le correnti di guasto elevate possono anche aumentare l'energia dell'arco elettrico e sottoporre le apparecchiature di commutazione e distribuzione a sollecitazioni termiche e meccaniche eccessive. In questi casi, sono necessari dispositivi di protezione con valori nominali in kA più elevati per gestire in sicurezza le condizioni di guasto.

Basso contenuto di PFC

Una bassa corrente di guasto può anche causare problemi perché alcuni dispositivi di protezione potrebbero non intervenire abbastanza rapidamente da interrompere il guasto in sicurezza.

Metodi comuni utilizzati per ridurre la corrente di guasto

Qualora i livelli di corrente di guasto siano troppo elevati, gli ingegneri possono adottare diverse misure per ridurre il rischio e garantire che l'impianto elettrico rimanga sicuro e conforme alle normative.

Una soluzione comune consiste nell'installare interruttori automatici di maggiore capacità, in grado di interrompere in sicurezza correnti di guasto più elevate senza subire danni. Si possono inoltre utilizzare fusibili limitatori di corrente per ridurre il picco di energia di guasto e proteggere le apparecchiature a valle.

In alcuni casi, gli ingegneri aumentano l'impedenza dei cavi scegliendo cavi più lunghi o conduttori di sezione inferiore, il che contribuisce a limitare la quantità di corrente di guasto che attraversa il sistema.

Le regolazioni dell'impedenza del trasformatore possono anche ridurre i livelli di corrente di guasto potenziali, limitando la corrente disponibile durante una condizione di guasto. Negli impianti di grandi dimensioni, la configurazione complessiva della rete di distribuzione può essere riprogettata per migliorare la gestione della corrente di guasto, ottimizzare il coordinamento delle protezioni e ridurre lo stress sulle apparecchiature elettriche.

Selezione di PFC e dispositivi di protezione

Ogni dispositivo di protezione ha una capacità di rottura nominale, come ad esempio:

La potenza nominale del dispositivo deve superare la massima corrente di guasto prevista nel punto di installazione.

Per esempio:

PFC misurato	Valore minimo dell'interruttore
4kA	Interruttore da 6 kA
8kA	Interruttore da 10 kA
18kA	Interruttore da 25 kA

Per questo motivo, prima di selezionare o sostituire le apparecchiature di manovra, si esegue normalmente un test della corrente di guasto.

Conclusione

Il test della corrente di guasto predittiva (PSCC) è parte integrante della verifica elettrica, della messa in servizio e della progettazione degli impianti. Valori accurati di PSCC e PEFC contribuiscono a garantire che i dispositivi di protezione possano interrompere i guasti in sicurezza e che gli impianti rimangano conformi agli standard elettrici.

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