Immagina un motore di precisione ad alto valore che soffre silenziosamente di sovraccarico, ignaro del fatto che potrebbe guastarsi catastroficamente da un momento all'altro a causa di un cortocircuito o di un guasto a terra. Il tuo impianto è vulnerabile a tali rischi? In quanto "cuore" delle operazioni industriali, i motori richiedono una protezione robusta per prestazioni sicure e stabili. Questo articolo esamina la progettazione della protezione da sovracorrente del circuito derivato di un singolo motore basata sul National Electrical Code (NEC) del 2020, fornendo conoscenze essenziali per prevenire i guasti del motore prima che si verifichino.

La progettazione del circuito del motore è un processo ingegneristico sistematico che funziona come il sistema circolatorio umano, erogando energia in modo sicuro ed efficiente per guidare le operazioni industriali. Un sistema completo di protezione da sovracorrente è essenziale per prestazioni affidabili del motore. Un tipico circuito del motore include diversi componenti critici, ciascuno con specifiche funzioni di protezione.

Il dispositivo di protezione da sovraccarico del motore funge da prima linea di difesa. Agendo come un guardiano vigile, monitora continuamente il funzionamento del motore per prevenire danni causati da carichi eccessivi. Secondo NEC 430.31, i dispositivi di protezione da sovraccarico devono:

• Prevenire il surriscaldamento del motore: Quando i motori funzionano al di sopra della capacità nominale per periodi prolungati, il calore eccessivo può degradare l'isolamento e causare guasti agli avvolgimenti. La protezione da sovraccarico interrompe l'alimentazione prima che si verifichino danni termici.
• Proteggere i conduttori del circuito: Le condizioni di sovracorrente minacciano il cablaggio del circuito derivato. Un'adeguata protezione da sovraccarico previene il surriscaldamento dei conduttori e i potenziali rischi di incendio.
• Affrontare le difficoltà di avviamento: Durante l'avviamento, i motori devono superare l'attrito statico. La protezione da sovraccarico monitora la corrente di avviamento e interrompe l'alimentazione se i motori non si avviano normalmente, prevenendo le condizioni di rotore bloccato.

NEC 430.32(A)(1) specifica valori nominali di protezione da sovraccarico tra il 115% e il 125% della corrente a pieno carico del motore. Per condizioni di avviamento difficili o carichi variabili, i valori nominali possono aumentare al 130% o al 140% (NEC 430.32(C), 430.6(A)(2)).

I cortocircuiti (guasti fase-fase o fase-neutro) e i guasti a terra (guasti fase-involucro) rappresentano i rischi elettrici più gravi. Questi guasti generano correnti estreme che possono distruggere le apparecchiature e creare rischi di incendio o scosse.

I dispositivi di protezione del circuito derivato devono interrompere rapidamente le correnti di guasto resistendo alle sovratensioni di avviamento del motore (NEC 430.52). Questi dispositivi fungono da protezione definitiva per motori e personale.

NEC 430.22 richiede che i conduttori del circuito derivato per motori a servizio continuo abbiano un'amperaggio non inferiore al 125% della corrente a pieno carico del motore. Per un motore da 10 A, i conduttori devono gestire almeno 12,5 A. Le tabelle NEC 430.247-250 forniscono i valori di corrente a pieno carico per una corretta selezione dei conduttori.

NEC consente quattro tipi di dispositivi per la protezione del circuito derivato del motore:

1. Fusibili senza ritardo di tempo: Risposta rapida ma soggetti a scatti indesiderati durante l'avviamento del motore
2. Fusibili a doppio elemento (a tempo): Resistono alle correnti di avviamento fornendo al contempo una protezione affidabile
3. Interruttori a sgancio istantaneo: Funzionamento ultraveloce per applicazioni critiche (devono essere regolabili e parte di un avviatore combinato)
4. Interruttori a tempo inverso: Scelta comune che bilancia la velocità di protezione e la tolleranza alla corrente di avviamento

Le correnti di avviamento del motore raggiungono tipicamente 6-8 volte la corrente a pieno carico. NEC 430.52(B) impone che i dispositivi di protezione debbano resistere a queste correnti di spunto senza un funzionamento indesiderato.

Utilizzando le percentuali della tabella NEC 430.52, i valori nominali massimi dei dispositivi sono uguali alla corrente a pieno carico del motore moltiplicata per la percentuale appropriata. Ad esempio, un motore da 10 A con un interruttore a tempo inverso:

10A × 250% = 25A massimo

Quando i calcoli non corrispondono ai valori nominali standard, l'Eccezione n. 1 di NEC 430.52(C)(1) consente di selezionare il valore standard superiore successivo.

Per motori con avviamento difficile o carichi variabili, l'Eccezione n. 2 di NEC 430.52(C)(1) e l'Eccezione n. 1 di 430.52(C)(3) consentono impostazioni di protezione regolate mantenendo la sicurezza.

Nota: le percentuali si applicano ai motori a risparmio energetico Design B.

Considera un motore a gabbia di scoiattolo Design B trifase da 25 hp, 460 V, con corrente di targa di 32 A e fattore di servizio di 1,15.

Dalla tabella NEC 430.250: corrente a pieno carico di 34 A × 125% = amperaggio minimo del conduttore di 43 A

Corrente di targa 32 A × 125% = 40 A massimo

Se necessario: 32 A × 140% = 44,8 A (NEC 430.32(C))

Fusibili a tempo:

• 34 A × 175% = 59,5 A → Seleziona 60 A standard
• Massimo dell'eccezione: 34 A × 225% = 76,5 A → Selezione finale: 70 A

Interruttori a tempo inverso:

• 34 A × 250% = 87,5 A → Seleziona 90 A standard
• Massimo dell'eccezione: 34 A × 400% = 136 A → Selezione finale: 125 A

Un'efficace protezione da sovracorrente del motore richiede un'attenta progettazione in conformità con gli standard NEC. La corretta selezione dei dispositivi, la manutenzione regolare e il rispetto dei requisiti del codice garantiscono l'affidabilità del motore, riducendo al minimo i rischi di guasto e migliorando la sicurezza operativa.