Una corrente di guasto è un flusso di corrente non intenzionale, incontrollato ed elevato attraverso un sistema elettrico. Le correnti di guasto sono causate da cortocircuiti a bassissima impedenza. Questi possono essere corti verso terra o attraverso le fasi. L’elevato flusso di corrente che ne risulta può provocare il surriscaldamento delle apparecchiature e dei conduttori, forze in eccesso, e a volte anche gravi archi, scoppi ed esplosioni. Le cause dei guasti includono cose come fulmini, animali, sporcizia e detriti, strumenti caduti, corrosione ed errori umani.

Il calcolo della corrente di guasto si basa sulla legge di Ohm in cui la corrente (I) è uguale alla tensione (V) divisa per la resistenza (R). La formula è I = V/R. Quando c’è un corto circuito la resistenza diventa molto piccola, e questo significa che la corrente diventa molto grande.

Se la resistenza fosse zero, allora la corrente di guasto calcolata andrebbe all’infinito. Tuttavia, anche il filo di rame ha una certa resistenza; non è un conduttore perfetto. Determinare la corrente di guasto implica conoscere la resistenza totale dalla fonte di alimentazione alla posizione del guasto.

I calcoli della corrente di guasto sono richiesti

Conoscere la corrente di guasto disponibile è importante quando si selezionano i dispositivi di protezione, tuttavia è anche richiesto dal codice. Il National Electric Code (NEC) 110.24(A) afferma:

“Le apparecchiature di servizio in unità diverse da quelle abitative devono essere marcate in modo leggibile sul campo con la massima corrente di guasto disponibile. La marcatura sul campo deve includere la data in cui è stato effettuato il calcolo della corrente di guasto ed essere di durata sufficiente per resistere all’ambiente interessato.”

Questo significa che ci devono essere etichette installate sul campo sull’attrezzatura elettrica, come l’attrezzatura di entrata di servizio, che danno la corrente di guasto di cortocircuito disponibile. Questo permette di confrontare facilmente il valore di corrente di cortocircuito (SCCR) dell’attrezzatura con la massima corrente di guasto disponibile.

Ogni volta che c’è un cambiamento nell’attrezzatura il calcolo della corrente di guasto deve essere rifatto. Questo è specificato nel NEC 110.24(B):

“Quando si verificano modifiche all’installazione elettrica che influenzano la massima corrente di guasto disponibile al servizio, la massima corrente di guasto disponibile deve essere verificata o ricalcolata come necessario per garantire che i valori nominali dell’attrezzatura di servizio siano sufficienti per la massima corrente di guasto disponibile ai terminali di linea dell’attrezzatura. La marcatura di campo richiesta in 110.24(A) deve essere regolata per riflettere il nuovo livello di corrente di guasto massima disponibile.”

Tipi di guasti

In un sistema elettrico ci sono diversi tipi di guasti possibili:

• Un corto circuito che risulta nella corrente che bypassa il carico normale.
• Un “guasto a terra” in cui la corrente scorre nel terreno.
• Nei sistemi trifase ci può essere un corto tra una o più fasi. Questo tipo di guasto crea tipicamente le correnti di guasto più alte.

Il quarto tipo di guasto, un guasto a circuito aperto, non genera una corrente di cortocircuito. Un guasto a circuito aperto risulta dall’interruzione involontaria della corrente.

I sistemi di protezione devono prevenire danni alle apparecchiature e proteggere le persone in tutte le situazioni di cui sopra. Ciò significa che i calcoli della corrente di guasto devono essere fatti in modo che i dispositivi di protezione appropriati possano essere selezionati.

Fuoriuscite bullonate vs. guasti ad arco

Un guasto elettrico può essere sia un guasto bullonato che un guasto ad arco.

In un guasto bullonato c’è una connessione solida. Questo permette alla corrente di guasto di fluire attraverso un conduttore. Questo tipo di guasto può verificarsi quando un installatore collega una fonte di energia a terra invece che al punto in cui dovrebbe essere collegata. Quando l’alimentazione viene accesa, ci sarà un guasto immediato imbullonato che fa scattare il dispositivo di protezione. Poiché il flusso di corrente era contenuto, il danno è tipicamente limitato. Tuttavia, un guasto imbullonato crea le correnti di guasto più alte.

Un guasto ad arco risulta quando non c’è una connessione solida, ma i conduttori si avvicinano abbastanza da far sì che la corrente salti attraverso la lacuna creando un arco. L’arco iniziale ionizza l’aria creando un plasma che permette al flusso di corrente di aumentare rapidamente e di essere sostenuto, dando luogo a un flash d’arco o a un’esplosione d’arco. Quando un arco elettrico è possibile, allora i calcoli della corrente di guasto devono essere fatti per determinare i limiti di protezione sicuri e i DPI richiesti, così come per fornire le informazioni necessarie per le etichette arc flash che devono essere installate in aggiunta alle etichette di corrente di guasto NEC 110.24 richieste.

Guasti trifase

IEC 60909 “Correnti di corto circuito nei sistemi trifase” fornisce il metodo di calcolo accettato per le correnti di guasto trifase.

Un guasto in un sistema trifase può essere simmetrico (bilanciato) o asimmetrico (sbilanciato). In un guasto simmetrico tutte e tre le fasi sono colpite allo stesso modo. Tuttavia, questo accade raramente. La maggior parte dei guasti trifase sono asimmetrici, e questo rende il calcolo della corrente di guasto più difficile.

Fonti di contenuto

Prima che un calcolo della corrente di guasto possa essere eseguito, devono essere identificate tutte le possibili fonti di corrente. Questo può includere alcune fonti di corrente che possono non essere state considerate. Ci sono quattro possibili fonti di corrente di guasto di cortocircuito:

• Generatori elettrici in loco: Questi sono vicini e la corrente di guasto è limitata solo dall’impedenza del generatore stesso e del circuito elettrico.
• Motori sincroni: un motore sincrono è un motore a corrente alternata in cui la velocità del motore è proporzionale alla frequenza della potenza elettrica. Quando la corrente viene a mancare, come succede in caso di cortocircuito, l’inerzia del carico meccanico sul motore continuerà a far ruotare il motore. Il motore si comporterà quindi come un generatore che fornisce corrente, e questo contribuirà alla corrente totale che scorre verso il guasto.
• Motori a induzione: questo tipo di motore diventerà anche un generatore se c’è un guasto di cortocircuito da qualche altra parte nel sistema. Tuttavia, la corrente di guasto generata da un motore a induzione durerà solo per pochi cicli. La corrente sarà approssimativamente uguale alla corrente di avviamento a rotore bloccato del motore.
• Sistema di utilità elettrica: la maggior parte della corrente di guasto proviene tipicamente dall’utilità elettrica. Il livello della corrente di cortocircuito dipenderà da:
• la tensione secondaria del trasformatore e l’impedenza
• l’impedenza dei generatori
• l’impedenza del circuito dal trasformatore al corto.

Per semplificare il calcolo della corrente di guasto si assume che tutti i generatori elettrici nel sistema siano in fase, e che stiano funzionando alla tensione nominale del sistema.

Condizione trifase imbullonata

Per poter calcolare la corrente di guasto viene condotto uno studio di corto circuito. Questo normalmente comporta l’esame dello scenario peggiore, che è la condizione di guasto trifase imbullonato. Sulla base di questa situazione si possono approssimare altre condizioni di guasto.

Il contributo della corrente di guasto dai motori nel sistema è importante. In molti casi i motori possono contribuire da quattro a sei volte la loro normale corrente a pieno carico. Anche se la corrente è per una durata molto breve, è fondamentale che sia inclusa nel calcolo della corrente di guasto.

Quando si sta facendo uno studio di arc flash, il calcolo della corrente di guasto dovrebbe essere ancora per la più alta corrente di cortocircuito trifase imbullonata.

Etichettatura della corrente di guasto

Una volta che la corrente di guasto è stata calcolata, all’attrezzatura dovrebbero essere applicate etichette che indicano la corrente di guasto di cortocircuito disponibile. Se è richiesta un’etichetta per l’arco elettrico, dovrebbe anche essere stampata e applicata nella posizione appropriata. Ogni etichetta richiede informazioni personalizzate che provengono dal calcolo della corrente di guasto.

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