Understanding Trip Curves
Introduzione
Trip Curves, aka Time Current Curves, può essere un argomento intimidatorio. L’obiettivo di questo breve articolo è quello di farvi conoscere il concetto di curve di viaggio e spiegare come leggerle e comprenderle.
Che cos’è UL?
Underwriters Laboratories (UL) è stata fondata nel 1894 come Underwriters Electrical Bureau, un ufficio del National Board of Fire Underwriters. UL è stata fondata principalmente per fornire test e certificazioni indipendenti per la sicurezza antincendio dei prodotti elettrici. Questi prodotti includono dispositivi di protezione del circuito discussi in questo documento.
Dispositivi di protezione del circuito
La protezione del circuito è utilizzata per proteggere i cavi e le apparecchiature elettriche da danni in caso di sovraccarico elettrico, cortocircuito o guasto a terra. Tempeste di fulmini, prese di corrente sovraccariche o un’improvvisa scarica elettrica possono causare una situazione pericolosa con il potenziale di causare incendi, danni alle apparecchiature o lesioni personali. La protezione del circuito è progettata per eliminare questo rischio prima che si verifichi tagliando l’alimentazione al circuito.
Che cos’è una curva di viaggio?
In poche parole, una curva di viaggio è una rappresentazione grafica del comportamento previsto di un dispositivo di protezione del circuito. I dispositivi di protezione del circuito sono disponibili in molte forme, tra cui fusibili, interruttori miniaturizzati, interruttori stampati, protezioni supplementari, interruttori di protezione del motore, relè di sovraccarico, fusibili elettronici e interruttori ad aria.
Trip curve tracciare il tempo di interruzione dei dispositivi di sovracorrente in base a un dato livello corrente. Sono forniti dai produttori di dispositivi di protezione del circuito per aiutare gli utenti a selezionare i dispositivi che forniscono una protezione e prestazioni adeguate alle apparecchiature, evitando l’intervento di disturbo.
Diversi tipi di curve di viaggio
Perché abbiamo bisogno di curve di viaggio diverse?
Gli interruttori devono scattare abbastanza velocemente da evitare guasti alle apparecchiature o al cablaggio, ma non così velocemente da dare falsi o fastidiosi viaggi.
Per evitare viaggi fastidiosi, gli interruttori devono essere dimensionati in modo appropriato per compensare la corrente di spunto. NEMA definisce il picco di spunto istantaneo come il transitorio di corrente momentanea che si verifica immediatamente (entro mezzo ciclo CA) dopo la chiusura del contatto.
La corrente di spunto è ciò che fa sì che le luci si abbassino in una casa quando si avvia un motore, come quello di un’asciugatrice o di un aspirapolvere.
La figura 2 (sotto) è un esempio della corrente di spunto per un motore a corrente alternata.
Come mostra il grafico, la corrente di spunto causata dall’accensione del motore è 30A. È molto più alto della corrente operativa o stazionaria. I picchi di corrente di spunto, poi comincia a decadere come il motore gira verso l’alto.
Abbiamo bisogno di diverse curve di viaggio per bilanciare la giusta quantità di protezione da sovracorrente contro il funzionamento ottimale della macchina. La scelta di un interruttore con una curva di viaggio che viaggi troppo presto può causare disturbi di intervento. La scelta di un interruttore automatico che scatta troppo tardi può causare danni catastrofici alla macchina e ai cavi.
Come funziona un MCB?
Per capire una curva di viaggio, è utile capire come un interruttore in miniatura, o dispositivo di protezione da sovracorrente, funzioni. Figura 3 di seguito è uno sguardo all’interno di un interruttore miniaturizzato (MCB).
Con una striscia bi-metallica (2) e una bobina magnetica/solenoide (6), un interruttore miniaturizzato può essere due tipi separati di dispositivi di protezione del circuito in uno. La striscia bi-metallica fornisce la protezione di sovraccarico in risposta alle più piccole sovracorrenti, tipicamente 10X la corrente di funzionamento. La striscia metallica è costituita da due strisce di metalli diversi, formate insieme, che si espandono a velocità diverse man mano che vengono riscaldate. In una situazione di sovraccarico, la striscia bimetallica si piega e questo movimento aziona un meccanismo di scatto e rompe (apre) il circuito. La striscia converte una variazione di temperatura in spostamento meccanico.
La bobina magnetica o il solenoide (6) reagisce a sovracorrenti veloci e più elevate causate da cortocircuiti, in genere superiori a 10 volte la corrente operativa – fino a decine o centinaia di migliaia di ampere. L’alta corrente provoca un campo magnetico generato dalla bobina, spostando rapidamente il pistone interno (entro microsecondi) per far scattare il meccanismo dell’attuatore e rompere il circuito.
La curva di viaggio
Figura 4 (sotto) è un grafico della curva di viaggio.
- L’asse X rappresenta un multiplo della corrente di funzionamento dell’interruttore.
- L’asse Y rappresenta il tempo di intervento. Una scala logaritmica viene utilizzata per mostrare i tempi da .001 secondi fino a 10.000 secondi (2,77 ore) a multipli della corrente di funzionamento.
La figura 5 (sotto) mostra una curva di viaggio B sovrapposta al grafico. Le tre componenti principali della Curva di viaggio sono:
- Curva di viaggio termica. Questa è la curva di viaggio per la striscia bi-metallica, progettata per sovracorrenti più lente per consentire in corsa / avvio, come descritto sopra.
- Curva magnetica di viaggio. Questa è la curva di viaggio per la bobina o il solenoide. È progettato per reagire rapidamente a sovracorrenti di grandi dimensioni, come una condizione di cortocircuito.
- La curva di viaggio ideale. Questa curva mostra qual è la curva di viaggio desiderata per la striscia bi-metallica. A causa della natura organica della striscia bi-metallica e delle mutevoli condizioni ambientali, è difficile prevedere con precisione il punto di intervento esatto.
In che modo una curva di scatto si riferisce a un interruttore automatico effettivo?
La figura 6 (sotto) mostra come i componenti interni del MCB si riferiscono alla curva di viaggio.
La parte superiore del grafico mostra la curva di escursione termica per la striscia bimetallica. Ci dice che a 1,5 volte la corrente nominale il più veloce l’interruttore scatterà è di quaranta secondi (1). Quaranta secondi a 2X la corrente nominale è il più lento l’interruttore scatta (2).
La parte inferiore del grafico è per il viaggio magnetico della bobina / solenoide; 0.02 a 2.5 secondi a 3X la corrente nominale è il più presto l’interruttore scatta (3). La stessa durata, da 0,02 a 2,5 secondi, a 5 volte la corrente nominale, è la più lunga che impiegherà l’interruttore a scattare (4).
L’area ombreggiata in mezzo è la zona di intervento.
IMPORTANTE: Le curve di trip rappresentano il comportamento previsto di un interruttore a freddo (temperatura ambiente). Uno stato freddo è quando la striscia bimetallica è all’interno della temperatura di funzionamento ambiente specificata per l’interruttore. Se l’interruttore ha subito un recente viaggio termico e non si è raffreddato alla temperatura ambiente, potrebbe scattare prima.
Mettere tutto insieme
Figura 7 (sotto) mette questi concetti in un quadro più chiaro.
Prendere nota speciale della zona di intervento in cui l’interruttore può o non può inciampare. Pensate a questo come l’area Gatto di Schrödinger. All’interno della zona, fino a quando non si verifica un evento di sovracorrente, non sappiamo esattamente quando/se l’interruttore scatterà (Gatto di Schrödinger = morto) o se l’interruttore non scatterà (Gatto di Schrödinger = vivo).
Ora che abbiamo messo tutto insieme, è chiaro che la scelta di un interruttore a curva 10A, B potrebbe causare viaggi fastidiosi poiché l’interruttore entra nella zona di intervento a 30A. (Vedi figura 8, sotto.) Gli interruttori della curva di D sono la scelta più comune per i motori elettrici, sebbene a volte un interruttore della curva di C possa essere scelto per le applicazioni che hanno carichi misti sullo stesso circuito.
Le tre curve di viaggio più comuni per gli interruttori automatici miniaturizzati sono B, C e D. Mettendo tutte e tre su un grafico (Figura 9, sotto), possiamo vedere come la porzione termica delle curve sia simile l’una all’altra, ma ci sono differenze su come la curva magnetica (bobina/solenoide), e quindi le funzioni dell’interruttore.
In sintesi:
La protezione del circuito è utilizzata per proteggere i cavi e le apparecchiature elettriche da danni in caso di sovraccarico elettrico, cortocircuito o guasto a terra. Tempeste di fulmini, prese di corrente sovraccariche o un’improvvisa scarica elettrica possono causare una situazione pericolosa con il potenziale di causare incendi, danni alle apparecchiature o lesioni personali. La protezione del circuito è progettata per eliminare questo rischio prima che si verifichi tagliando l’alimentazione al circuito.
- I dispositivi di protezione del circuito includono fusibili, interruttori miniaturizzati, interruttori a scatola stampata, protezioni supplementari, interruttori di protezione del motore, relè di sovraccarico, fusibili elettronici e interruttori ad aria.
- Le curve di viaggio prevedono il comportamento dei dispositivi di protezione del circuito sia in condizioni di sovracorrente più lente e più piccole, sia in condizioni di sovracorrente più grandi e più veloci.
- La scelta della curva di viaggio corretta per l’applicazione fornisce una protezione affidabile del circuito, limitando al contempo fastidi o falsi viaggi.
Questo documento è una breve panoramica delle curve di viaggio. Non è destinato ad essere la risposta finale su questo argomento. C’è molto di più da imparare, tra cui altri tipi di curve di viaggio e il coordinamento interruttore. Con le basi ora coperte, si può tranquillamente affrontare questi argomenti.
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