Introduzione
La corrente di cortocircuito è uno dei parametri più importanti nella progettazione di un quadro elettrico. Da questo valore dipendono infatti la scelta delle protezioni, il dimensionamento delle sbarre, la sicurezza dell’impianto e la conformità alle normative tecniche.
Un cortocircuito può generare correnti decine o centinaia di volte superiori alla corrente nominale, producendo temperature elevate e forti sollecitazioni meccaniche. Per questo motivo ogni quadro elettrico deve essere progettato e verificato considerando la corrente di cortocircuito prevista nel punto di installazione.
In questo articolo vedremo cos’è la corrente di cortocircuito, come si calcola, quali effetti provoca e quali verifiche devono essere eseguite secondo la norma CEI EN 61439.
Approfondimento: Quadri elettrici: guida completa a tipologie, componenti, funzionamento, normativa e progettazione
Cos’è la Corrente di Cortocircuito
Si definisce corrente di cortocircuito la corrente che circola quando due punti a potenziale differente vengono collegati accidentalmente attraverso un percorso a bassissima impedenza.
In condizioni normali la corrente che attraversa un circuito è limitata dall’impedenza dei cavi, dei carichi e delle apparecchiature installate. Quando si verifica un cortocircuito questa impedenza si riduce drasticamente e la corrente aumenta in modo improvviso.
Le cause più comuni di cortocircuito sono:
- Danneggiamento dell’isolamento dei cavi
- Errori di cablaggio
- Cedimento di componenti elettrici
- Infiltrazioni di acqua o umidità
- Corpi estranei conduttivi all’interno del quadro
- Danni meccanici alle linee elettriche
Il cortocircuito rappresenta una condizione anomala dell’impianto che richiede l’intervento immediato delle protezioni per evitare danni alle apparecchiature e rischi per le persone.
Perché è Importante Calcolare la Corrente di Cortocircuito
Il valore della corrente di cortocircuito influenza numerosi aspetti della progettazione elettrica.
Conoscere questo dato consente di:
- Scegliere gli interruttori automatici corretti
- Verificare la tenuta delle sbarre
- Dimensionare i conduttori
- Calcolare le sollecitazioni termiche
- Valutare gli sforzi elettrodinamici
- Garantire la conformità alla CEI EN 61439
- Assicurare la sicurezza dell’impianto
Se il quadro non è progettato per sopportare la corrente di guasto disponibile, i componenti potrebbero subire danni irreversibili già nei primi millisecondi dell’evento.
Cosa Succede Durante un Cortocircuito
Quando si verifica un cortocircuito la corrente aumenta quasi istantaneamente raggiungendo valori molto elevati.
Dal punto di vista fisico il fenomeno provoca due effetti principali:
Effetti Termici
L’elevata corrente genera calore per effetto Joule.
Le conseguenze possono essere:
- Fusione dei conduttori
- Danneggiamento degli isolamenti
- Degrado delle apparecchiature
- Innesco di incendi
- Distruzione dei componenti elettrici
L’effetto termico dipende principalmente dall’intensità della corrente e dal tempo necessario all’intervento della protezione.
Effetti Elettrodinamici
Spesso meno conosciuti ma altrettanto pericolosi sono gli effetti elettrodinamici.
Le elevate correnti di cortocircuito generano forti campi magnetici che producono forze meccaniche tra i conduttori.
Queste forze possono:
- Deformare le sbarre
- Rompere i supporti isolanti
- Allentare i serraggi
- Danneggiare le connessioni
- Compromettere la struttura del quadro
Nei quadri industriali di grande potenza questo fenomeno rappresenta una delle verifiche più importanti da eseguire.
I Parametri Fondamentali del Cortocircuito
Per comprendere correttamente il fenomeno è necessario conoscere alcune grandezze utilizzate nella progettazione dei quadri elettrici.
Icc – Corrente di Cortocircuito Presunta
È la corrente che può fluire nel punto considerato in caso di guasto.
Rappresenta il valore di riferimento per la scelta delle apparecchiature di protezione.
Maggiore è la potenza disponibile a monte dell’impianto, maggiore sarà il valore della Icc.
Icw – Corrente Ammissibile di Breve Durata
Indica la corrente che il quadro può sopportare per un determinato intervallo di tempo senza subire danni permanenti.
Questo parametro viene utilizzato per verificare la resistenza termica delle sbarre e dei collegamenti interni.
Ipk – Corrente di Picco
La corrente di picco rappresenta il massimo valore istantaneo raggiunto durante i primi millisecondi del cortocircuito.
Questo valore può risultare molto superiore alla corrente efficace di cortocircuito e viene utilizzato per verificare la resistenza meccanica del sistema sbarre.
La verifica della Ipk è fondamentale perché gli sforzi elettrodinamici dipendono proprio da questo valore.
Come Calcolare la Corrente di Cortocircuito
Il calcolo completo della corrente di cortocircuito richiede la conoscenza delle impedenze di tutti gli elementi presenti nella rete.
Per comprendere il principio di base si può utilizzare la formula semplificata per sistemi trifase:
Icc = V / (√3 × Z)
Dove:
- Icc = corrente di cortocircuito (A)
- V = tensione concatenata (V)
- Z = impedenza totale del circuito (Ω)
L’impedenza totale comprende:
- Trasformatore
- Linee elettriche
- Sbarre
- Collegamenti
- Eventuali reattanze
Maggiore è l’impedenza, minore sarà la corrente di cortocircuito disponibile.
Esempio Pratico di Calcolo
Supponiamo di avere:
- Tensione nominale = 400 V
- Impedenza totale = 0,02 Ω
Applicando la formula:
Icc = 400 / (1,732 × 0,02)
Icc ≈ 11.550 A
La corrente di cortocircuito risulta quindi pari a:
11,5 kA
Tutte le apparecchiature installate nel quadro dovranno essere compatibili con questo valore.
Da Cosa Dipende la Corrente di Cortocircuito
Potenza del Trasformatore
Trasformatori più potenti mettono a disposizione correnti di guasto maggiori.
Per questo motivo gli impianti industriali alimentati da cabine MT/BT possono raggiungere valori di cortocircuito molto elevati.
Lunghezza dei Cavi
All’aumentare della lunghezza dei cavi aumenta l’impedenza della linea.
Di conseguenza la corrente di cortocircuito diminuisce.
Sezione dei Conduttori
Conduttori di grande sezione presentano una minore impedenza e consentono il passaggio di correnti più elevate.
Distanza dal Trasformatore
Maggiore è la distanza dal trasformatore, maggiore sarà l’impedenza complessiva della rete e minore la corrente di cortocircuito disponibile.
Il Contributo dei Motori alla Corrente di Cortocircuito
Negli impianti industriali i motori possono influenzare significativamente il valore della corrente di cortocircuito.
Durante i primi istanti del guasto, infatti, l’energia magnetica accumulata negli avvolgimenti viene restituita alla rete contribuendo ad alimentare il cortocircuito.
Per questo motivo nei grandi impianti industriali il calcolo della corrente di guasto non può limitarsi al solo contributo del trasformatore.
Anche motori e gruppi di rifasamento possono aumentare il valore effettivo della corrente di cortocircuito.
Energia Passante: Perché è Così Importante
Quando si verifica un cortocircuito non conta soltanto il valore della corrente ma anche il tempo durante il quale essa continua a circolare.
L’energia che attraversa il circuito durante il guasto viene definita energia passante.
Maggiore è il tempo di apertura dell’interruttore:
- Maggiore sarà il riscaldamento dei conduttori
- Maggiore sarà il danneggiamento delle apparecchiature
- Maggiore sarà il rischio di incendio
Per questo motivo gli interruttori limitatori sono particolarmente efficaci nel ridurre gli effetti del cortocircuito.
Grazie alla loro rapidità di intervento riescono a interrompere la corrente prima che raggiunga il valore massimo teorico.
Verifica della Tenuta al Cortocircuito del Quadro
Una volta calcolata la corrente di cortocircuito è necessario verificare che il quadro sia in grado di sopportarla.
La verifica riguarda diversi elementi.
Interruttori Automatici
Il potere di interruzione deve essere superiore alla corrente di cortocircuito disponibile.
Ad esempio:
- Icc impianto = 15 kA
- Potere di interruzione interruttore = 10 kA
L’interruttore non è idoneo.
Sistema Sbarre
Le sbarre devono resistere agli sforzi termici ed elettrodinamici generati dal guasto.
Collegamenti Interni
Cavi, capicorda e connessioni devono mantenere la loro integrità durante il cortocircuito.
Carpenteria
L’involucro deve conservare la propria integrità strutturale anche in presenza di forti sollecitazioni.
Corrente di Cortocircuito e CEI EN 61439
La norma CEI EN 61439 richiede che il costruttore verifichi le prestazioni del quadro rispetto alle condizioni di cortocircuito previste.
La conformità può essere dimostrata mediante:
- Prove di laboratorio
- Calcoli tecnici
- Regole di progetto riconosciute
L’obiettivo è garantire che il quadro mantenga le proprie caratteristiche di sicurezza anche durante un guasto grave.
Software Utilizzati per il Calcolo
Nella progettazione professionale il calcolo della corrente di cortocircuito viene generalmente effettuato mediante software dedicati.
Tra i più utilizzati troviamo:
- ABB DOCWin
- Ecodial
- Caneco BT
- Spac Automazione
- ETAP
- Dialux Power
Questi strumenti consentono di analizzare automaticamente l’intera rete elettrica e verificare:
- Correnti di cortocircuito
- Cadute di tensione
- Selettività
- Coordinamento delle protezioni
- Conformità normativa
Errori da Evitare
Utilizzare Valori Stimati
La corrente di cortocircuito non dovrebbe mai essere ipotizzata senza un calcolo adeguato.
Verificare Solo gli Interruttori
La verifica deve coinvolgere l’intero quadro elettrico.
Ignorare il Contributo dei Motori
Negli impianti industriali questo contributo può essere significativo.
Trascurare la Corrente di Picco
La Ipk è fondamentale per verificare gli sforzi meccanici.
Non Aggiornare i Calcoli
Modifiche all’impianto possono cambiare sensibilmente il valore della corrente di cortocircuito disponibile.
Conclusioni
La corrente di cortocircuito rappresenta uno dei parametri fondamentali nella progettazione dei quadri elettrici. Il suo valore non serve soltanto per scegliere il corretto potere di interruzione degli interruttori, ma influenza direttamente la sicurezza dell’intero sistema.
Una corretta valutazione della Icc consente di verificare la tenuta delle sbarre, le sollecitazioni elettrodinamiche, l’energia passante e la conformità alla CEI EN 61439. Attraverso un calcolo accurato e una corretta selezione delle apparecchiature è possibile realizzare quadri elettrici affidabili, sicuri e in grado di resistere alle condizioni di guasto più gravose.
Approfondimenti Utili
- Dimensionamento dei Quadri Elettrici: Guida Completa per Progettazione e Sicurezza
- Progettazione Quadri Elettrici BT
- CEI EN 61439-1: Normativa per Quadri Elettrici BT
- CEI EN 61439-2: Guida ai Quadri Elettrici BT senza Errori
- Selettività Protezioni: Come Evitare Fermi Impianto
- Componenti di un Quadro Elettrico
- Calcolo della Sovratemperatura nei Quadri Elettrici secondo CEI EN 61439-1
- Collaudo Quadri Elettrici: Come Evitare Errori
Domande Frequenti (FAQ)
La corrente di cortocircuito è la corrente che si genera quando due punti a potenziale differente vengono collegati accidentalmente attraverso un percorso a bassissima impedenza. In queste condizioni la corrente può raggiungere valori molto superiori a quelli previsti durante il normale funzionamento dell’impianto.
In modo semplificato, per un sistema trifase si utilizza la formula:
Icc = V / (√3 × Z)
dove V è la tensione di alimentazione e Z è l’impedenza totale del circuito. Nei progetti professionali il calcolo viene normalmente eseguito tramite software dedicati che considerano trasformatori, cavi, sbarre e altri componenti dell’impianto.
La Icc è la corrente di cortocircuito presunta, utilizzata per il dimensionamento delle protezioni. La Ipk è invece la corrente di picco che si manifesta nei primi millisecondi del guasto e serve per verificare la resistenza meccanica delle sbarre e delle strutture interne del quadro elettrico.
Conoscere la corrente di cortocircuito permette di scegliere correttamente interruttori, sbarre e conduttori, verificare la conformità alla CEI EN 61439 e garantire che il quadro elettrico possa resistere in sicurezza alle condizioni di guasto più gravose.
Lascia un commento