Interruttore
Magnetotermico
In elettrotecnica l'interruttore magnetotermico, detto anche interruttore automatico, è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso di corrente elettrica in un circuito di un impianto elettrico in caso di cortocircuito o in caso di sovracorrente. Sostituisce sia l'interruttore termico che il fusibile, con il vantaggio rispetto a quest'ultimo di una maggior precisione d'intervento e di essere facilmente ripristinabile con la pressione di un pulsante o l'azionamento di una leva. Deriva il suo nome dal fatto che esibisce un funzionamento diverso nell'interruzione da cortocircuito (meccanismo di tipo magnetico) rispetto all'interruzione da sovracorrente (meccanismo di tipo termico).
Per legge in Italia, negli impianti civili attuali deve essere installato anche un interruttore differenziale che è invece utilizzato per far fronte a problemi di dispersione e quindi a rischi di folgorazione.
Principio di funzionamento
I due fenomeni considerati, cortocircuito e sovraccarico hanno caratteristiche ben diverse e devono essere considerati separatamente. Come si nota dal nome, all'interno di un interruttore magneto-termico sono presenti due ben distinte sezioni che rilevano i due fenomeni per mezzo di differenti principi fisici.
Inizialmente l'interruttore deve essere chiuso agendo sul comando manuale oppure, nei modelli più grandi, per mezzo di motori elettrici. In questo modo viene caricata una molla che tende a provocare l'apertura dei contatti, ma è trattenuta da un'ancorina. Quando una sezione del dispositivo rileva un guasto, la molla viene liberata e si ha lo scatto, cioè l'apertura dell'interruttore. La forza prodotta dalla molla deve essere tanto più elevata quanto maggiore è l'intensità della corrente da interrompere ( potere di interruzione del dispositivo ).
Protezione dal cortocircuito ( Sganciatore magnetico )
Questo tipo di guasto si verifica quando due fili conduttori a differente potenziale (nel caso generale della corrente alternata trifase: fase - neutro; fase L1 - fase L2; fase L1 - fase L3; fase L2 - fase L3) entrano in diretto contatto tra loro, provocando un elevatissimo ed istantaneo flusso di corrente.
Pertanto lo sganciatore magnetico , che apre l'interruttore in caso di corto-circuito , agisce se la corrente supera una determinata soglia In ( massima corrente ) a prescindere dal tempo per cui questa si presenta; la sua curva caratteristica di intervento tempo-corrente è quindi una retta orizzontale e infatti viene anche detto sganciatore di massima corrente a tempo indipendente.
La rilevazione di questo evento avviene per mezzo di un solenoide avvolto su una barra magnetica, in pratica un relè. L'elevato impulso di corrente induce un campo magnetico che attira un'ancorina la quale provoca l'apertura dell'interruttore. La caratteristica di intervento è pertanto istantanea, in modo da evitare sollecitazioni termiche e meccaniche, dovute all'elevata corrente di corto circuito, dannose per le condutture e le apparecchiature elettriche.
Questo
problema si verifica quando l'intensità di corrente supera un valore prefissato
a causa per esempio di troppi carichi accesi contemporaneamente. Il limite di
corrente è determinato da limiti costruttivi dell'impianto e in particolare
dalla capacità dei fili conduttori di smaltire il calore prodotto per effetto
Joule.
Lo sganciatore termico , invece , allo scopo di lasciar passare le sovracorrenti "funzionali" ( dovute cioè al normale funzionamento dell'apparecchiatura elettrica a valle ) e interrompere le sovracorrenti "anomale" ha una curva caratteristica di intervento tempo-corrente di tipo iperbolico e viene infatti detto sganciatore di massima corrente a tempo inverso.
La rilevazione avviene per mezzo di una "resistenza elettrica" costituita da una lamina bimetallica. A causa della differenza nella dilatazione termica di due metalli accoppiati (vincolati o tramite incollaggio o grappette metalliche), la lamina si piega fino a provocare lo scatto dell'interruttore. Il tempo di intervento non è istantaneo ma dipende, con funzione caratteristica dei diversi modelli di magnetotermici, dall'inverso dell'entità del superamento del valore di soglia.
Alcuni apparecchi più moderni impiegano sistemi elettronici. Esistono in commercio dispositivi con valori limite prefissati da pochi a centinaia di Ampere ed altri in cui il valore è regolabile dall'installatore.
Criteri di classificazione
Gli interruttori magnetotermici vengono classificati in base alla tecnologie costruttive, al tempo di interruzione dello sganciatore magnetico e in base alla corrente di intervento del relè magnetico.
Tecnologia costruttiva
Interruttori magnetotermici modulari: impiegati per lo più nel civile e nel terziario , con correnti In fino al centinaio di A e potere di interruzione fino ai 50kA . Devono il loro nome alla misura standard del loro ingombro ( moduli DIN ) su apposite barre profilate di fissaggio ( barre DIN ).
Interruttori magnetotermici scatolati: impiegati quasi esclusivamente in ambito industriale , di dimensioni relativamente ridotte per le correnti nominali ( fino ai 2000 A ) ed il potere di interruzione ( fino a 150kA ) che li caratterizza. L'elevato potere di interruzione è legato al livello di isolamento e segregazione loro conferito dal supporto in materiale plastico , da cui traggono il nome.
Interruttori magnetotermici aperti , impiegati nelle linee MT e a valle di trasformatori MT/BT , con correnti nominali fino a 10.000 A e potere d'interruzione fino a 100kA.
Tempo di interruzione dello sganciatore
Interruttori magnetotermici limitatori: in cui l'interruzione viene anticipata rispetto al passaggio per lo zero della forma d'onda sinusoidale della corrente alternata ; in questo modo si impedisce alla corrente di corto-circuito di raggiungere il valore di cresta ( per cui non si parla di corrente di corto-circuito ma di corrente presunta ) , limitandone gli effetti dannosi.
Interruttori magnetotermici rapidi: in cui l'interruzione avviene al primo o al secondo passaggio per lo zero della corrente di corto-circuito ;
Interruttori selettivi o ritardati: in cui il tempo di intervento viene volutamente ritardato per permettere la selettività cronometrica con interruttori magnetotermici istantanei posti a valle.
Curve degli interruttori
In base ai campi di intervento istantaneo dell’interruttore automatico magnetotermico, ossia delle soglie di intervento del relè magnetico, si distinguono le seguenti curve:
La tipologia degli interruttori viene scelta in base ai carichi presenti nell’impianto: interruttori con curva tipo B sono utilizzati per la protezione di generatori e di cavi di notevole lunghezza; interruttori con curva tipo C sono utilizzati per la protezione di cavi ed impianti che alimentano classici apparecchi utilizzatori; interruttori con curva tipo D e K sono utilizzati per la protezione di cavi che alimentano utilizzatori con elevate correnti di avviamento; interruttori con curva tipo Z sono utilizzati per la protezione di circuiti elettronici.
Scelta dell’ interruttore magnetotermico
Le caratteristiche fondamentali degli interruttori automatici magnetotermici possono esser suddivise in quattro categorie: in funzione delle prestazioni, in funzione dell’isolamento, in funzione della corrente nominale, in funzione del potere di interruzione.
Considerando le caratteristiche degli interruttori automatici magnetotermici in funzione delle prestazioni, si forniscono le seguenti definizioni.
Secondo la norma CEI 64-8 (art. 537.2 parte commento), gli interruttori automatici e gli interruttori differenziali rispondenti alle norme per impianti domestici (CEI EN 60898, CEI EN 61008- 61009) assicurano la funzione di sezionamento. Gli interruttori automatici previsti per uso in ambiente industriale, rispondenti alla norma CEI EN 60947-2 (CEI 17-5), assicurano la funzione di sezionamento se sono conformi alle prescrizioni per l’attitudine al sezionamento riportate nella suddetta norma: gli interruttori automatici che garantiscono la funzione di sezionamento devono essere identificati mediante il simbolo dell’interruttore-sezionatore, che deve essere riportato sul dispositivo. Per gli apparecchi che non rientrano in specifiche norme di prodotto, sono fornite, nella parte commenti della norma CEI 64- 8 Sezione 537, le minime distanze d’isolamento tra i contatti in posizione di aperto, riferite alla tensione nominale dell’impianto:
Gli interruttori sezionatori per impianti industriali devono assicurare in posizione di aperto una distanza tra il contatto fisso e quello mobile conforme ai requisiti necessari a soddisfare la funzione di isolamento e devono essere muniti di un dispositivo che indichi la posizione dei contatti mobili.
Integrale di Joule
La norma CEI 64-8 prevede che il dispositivo di protezione debba intervenire in un tempo inferiore a quello che potrebbe far superare al conduttore la sua temperatura massima ammissibile.
In elettrotecnica l'interruttore magnetotermico, detto anche interruttore automatico, è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso di corrente elettrica in un circuito di un impianto elettrico in caso di cortocircuito o in caso di sovracorrente. Sostituisce sia l'interruttore termico che il fusibile, con il vantaggio rispetto a quest'ultimo di una maggior precisione d'intervento e di essere facilmente ripristinabile con la pressione di un pulsante o l'azionamento di una leva. Deriva il suo nome dal fatto che esibisce un funzionamento diverso nell'interruzione da cortocircuito (meccanismo di tipo magnetico) rispetto all'interruzione da sovracorrente (meccanismo di tipo termico).
Per legge in Italia, negli impianti civili attuali deve essere installato anche un interruttore differenziale che è invece utilizzato per far fronte a problemi di dispersione e quindi a rischi di folgorazione.
Principio di funzionamento
I due fenomeni considerati, cortocircuito e sovraccarico hanno caratteristiche ben diverse e devono essere considerati separatamente. Come si nota dal nome, all'interno di un interruttore magneto-termico sono presenti due ben distinte sezioni che rilevano i due fenomeni per mezzo di differenti principi fisici.
Inizialmente l'interruttore deve essere chiuso agendo sul comando manuale oppure, nei modelli più grandi, per mezzo di motori elettrici. In questo modo viene caricata una molla che tende a provocare l'apertura dei contatti, ma è trattenuta da un'ancorina. Quando una sezione del dispositivo rileva un guasto, la molla viene liberata e si ha lo scatto, cioè l'apertura dell'interruttore. La forza prodotta dalla molla deve essere tanto più elevata quanto maggiore è l'intensità della corrente da interrompere ( potere di interruzione del dispositivo ).
Protezione dal cortocircuito ( Sganciatore magnetico )
Questo tipo di guasto si verifica quando due fili conduttori a differente potenziale (nel caso generale della corrente alternata trifase: fase - neutro; fase L1 - fase L2; fase L1 - fase L3; fase L2 - fase L3) entrano in diretto contatto tra loro, provocando un elevatissimo ed istantaneo flusso di corrente.
Pertanto lo sganciatore magnetico , che apre l'interruttore in caso di corto-circuito , agisce se la corrente supera una determinata soglia In ( massima corrente ) a prescindere dal tempo per cui questa si presenta; la sua curva caratteristica di intervento tempo-corrente è quindi una retta orizzontale e infatti viene anche detto sganciatore di massima corrente a tempo indipendente.
La rilevazione di questo evento avviene per mezzo di un solenoide avvolto su una barra magnetica, in pratica un relè. L'elevato impulso di corrente induce un campo magnetico che attira un'ancorina la quale provoca l'apertura dell'interruttore. La caratteristica di intervento è pertanto istantanea, in modo da evitare sollecitazioni termiche e meccaniche, dovute all'elevata corrente di corto circuito, dannose per le condutture e le apparecchiature elettriche.
Lo sganciatore termico , invece , allo scopo di lasciar passare le sovracorrenti "funzionali" ( dovute cioè al normale funzionamento dell'apparecchiatura elettrica a valle ) e interrompere le sovracorrenti "anomale" ha una curva caratteristica di intervento tempo-corrente di tipo iperbolico e viene infatti detto sganciatore di massima corrente a tempo inverso.
La rilevazione avviene per mezzo di una "resistenza elettrica" costituita da una lamina bimetallica. A causa della differenza nella dilatazione termica di due metalli accoppiati (vincolati o tramite incollaggio o grappette metalliche), la lamina si piega fino a provocare lo scatto dell'interruttore. Il tempo di intervento non è istantaneo ma dipende, con funzione caratteristica dei diversi modelli di magnetotermici, dall'inverso dell'entità del superamento del valore di soglia.
Alcuni apparecchi più moderni impiegano sistemi elettronici. Esistono in commercio dispositivi con valori limite prefissati da pochi a centinaia di Ampere ed altri in cui il valore è regolabile dall'installatore.
Criteri di classificazione
Gli interruttori magnetotermici vengono classificati in base alla tecnologie costruttive, al tempo di interruzione dello sganciatore magnetico e in base alla corrente di intervento del relè magnetico.
Tecnologia costruttiva
Interruttori magnetotermici modulari: impiegati per lo più nel civile e nel terziario , con correnti In fino al centinaio di A e potere di interruzione fino ai 50kA . Devono il loro nome alla misura standard del loro ingombro ( moduli DIN ) su apposite barre profilate di fissaggio ( barre DIN ).
Interruttori magnetotermici scatolati: impiegati quasi esclusivamente in ambito industriale , di dimensioni relativamente ridotte per le correnti nominali ( fino ai 2000 A ) ed il potere di interruzione ( fino a 150kA ) che li caratterizza. L'elevato potere di interruzione è legato al livello di isolamento e segregazione loro conferito dal supporto in materiale plastico , da cui traggono il nome.
Interruttori magnetotermici aperti , impiegati nelle linee MT e a valle di trasformatori MT/BT , con correnti nominali fino a 10.000 A e potere d'interruzione fino a 100kA.
Tempo di interruzione dello sganciatore
Interruttori magnetotermici limitatori: in cui l'interruzione viene anticipata rispetto al passaggio per lo zero della forma d'onda sinusoidale della corrente alternata ; in questo modo si impedisce alla corrente di corto-circuito di raggiungere il valore di cresta ( per cui non si parla di corrente di corto-circuito ma di corrente presunta ) , limitandone gli effetti dannosi.
Interruttori magnetotermici rapidi: in cui l'interruzione avviene al primo o al secondo passaggio per lo zero della corrente di corto-circuito ;
Interruttori selettivi o ritardati: in cui il tempo di intervento viene volutamente ritardato per permettere la selettività cronometrica con interruttori magnetotermici istantanei posti a valle.
Curve degli interruttori
In base ai campi di intervento istantaneo dell’interruttore automatico magnetotermico, ossia delle soglie di intervento del relè magnetico, si distinguono le seguenti curve:
- curva tipo B, con campo di intervento istantaneo da 3In fino a 5In
- curva tipo D, con campo di intervento istantaneo da 10In fino a 20In
- curva tipo K, con campo di intervento istantaneo da 10In fino a 14In
- curva tipo Z, con campo di intervento istantaneo da 2,4In fino a 3,6In
La tipologia degli interruttori viene scelta in base ai carichi presenti nell’impianto: interruttori con curva tipo B sono utilizzati per la protezione di generatori e di cavi di notevole lunghezza; interruttori con curva tipo C sono utilizzati per la protezione di cavi ed impianti che alimentano classici apparecchi utilizzatori; interruttori con curva tipo D e K sono utilizzati per la protezione di cavi che alimentano utilizzatori con elevate correnti di avviamento; interruttori con curva tipo Z sono utilizzati per la protezione di circuiti elettronici.
Scelta dell’ interruttore magnetotermico
Le caratteristiche fondamentali degli interruttori automatici magnetotermici possono esser suddivise in quattro categorie: in funzione delle prestazioni, in funzione dell’isolamento, in funzione della corrente nominale, in funzione del potere di interruzione.
Considerando le caratteristiche degli interruttori automatici magnetotermici in funzione delle prestazioni, si forniscono le seguenti definizioni.
Tensione nominale di
impiego(Ue)
E' il valore di tensione che il costruttore specifica per l’apparecchio unitamente alla corrente nominale di impiego garantendone le prestazioni dichiarate. Allo stesso interruttore possono essere assegnati diversi valori di tensione nominale di impiego, ai quali corrispondono servizi e prestazioni diversi dell’interruttore stesso, specificati dal costruttore.
E' il valore di tensione che il costruttore specifica per l’apparecchio unitamente alla corrente nominale di impiego garantendone le prestazioni dichiarate. Allo stesso interruttore possono essere assegnati diversi valori di tensione nominale di impiego, ai quali corrispondono servizi e prestazioni diversi dell’interruttore stesso, specificati dal costruttore.
I valori nominali della tensione
nominale di impiego stabiliti dalla norma CEI 23-3 sono: 230 V per interruttori
unipolari e bipolari; 230/400 V per interruttori unipolari; 400 V per
interruttori bipolari, tripolari e tetrapolari.
Tensione nominale di
isolamento (Ui)
E' il valore di tensione per il quale è dimensionato l’isolamento elettrico dell’interruttore (verificato da prove dielettriche e assicurato da adeguate distanze di isolamento superficiali). Evidentemente, il massimo valore di tensione nominale di impiego non può essere superiore al valore della tensione nominale di isolamento; inoltre, se per un apparecchio non viene specificato il valore della tensione di isolamento, si considera come tensione nominale di isolamento la sua più alta tensione nominale di impiego.
Categoria di
utilizzazione (norma CEI EN 60947-2). E' il valore di tensione per il quale è dimensionato l’isolamento elettrico dell’interruttore (verificato da prove dielettriche e assicurato da adeguate distanze di isolamento superficiali). Evidentemente, il massimo valore di tensione nominale di impiego non può essere superiore al valore della tensione nominale di isolamento; inoltre, se per un apparecchio non viene specificato il valore della tensione di isolamento, si considera come tensione nominale di isolamento la sua più alta tensione nominale di impiego.
La categoria di utilizzazione di un apparecchio ne definisce
le possibili applicazioni, in conformità a quanto previsto dalle relative norme
di prodotto. Per gli interruttori automatici sono definite due categorie di
utilizzazione.
Categoria A: gli interruttori classificati in questa categoria non
sono previsti per realizzare la selettività cronometrica, in condizioni di
cortocircuito, rispetto ad altri dispositivi di protezione posti in serie, lato
carico; non hanno quindi ritardo intenzionale applicabile all’intervento dello
sganciatore di cortocircuito. Conseguentemente essi non prevedono una corrente
nominale ammissibile di breve durata.
Categoria B: gli interruttori classificati in questa categoria sono
previsti per realizzare la selettività cronometrica in condizioni di
cortocircuito (non necessariamente fino al potere di interruzione nominale
estremo dell’interruttore), rispetto ad altri dispositivi di protezione posti
in serie, lato carico; hanno un ritardo intenzionale (talvolta regolabile)
applicabile all’intervento dello sganciatore di cortocircuito. Tra le loro
caratteristiche tecniche, il costruttore deve garantire il valore di corrente nominale
di breve durata ammissibile ( Icw )
Sezionamento
Il sezionamento secondo la norma CEI 64-8 è quella funzione
che contribuisce a garantire la sicurezza del personale avente il compito di
svolgere lavori, riparazioni, localizzazione di guasti o sostituzione di
apparecchi, su od in vicinanza di parti attive. La norma stabilisce che ogni
circuito debba poter essere sezionato dall’alimentazione. Tale operazione può
essere effettuata anche con un unico dispositivo per più circuiti, se le
condizioni di servizio lo consentono. Secondo la norma CEI 64-8 Sezione 537, il
sezionamento può essere ottenuto per esempio, a mezzo di:- sezionatori ed apparecchi di interruzione adatti per il sezionamento, multipolari od unipolari
- prese a spina
- cartucce di fusibili;
- barrette
- morsetti speciali che non richiedono la rimozione di un conduttore.
Secondo la norma CEI 64-8 (art. 537.2 parte commento), gli interruttori automatici e gli interruttori differenziali rispondenti alle norme per impianti domestici (CEI EN 60898, CEI EN 61008- 61009) assicurano la funzione di sezionamento. Gli interruttori automatici previsti per uso in ambiente industriale, rispondenti alla norma CEI EN 60947-2 (CEI 17-5), assicurano la funzione di sezionamento se sono conformi alle prescrizioni per l’attitudine al sezionamento riportate nella suddetta norma: gli interruttori automatici che garantiscono la funzione di sezionamento devono essere identificati mediante il simbolo dell’interruttore-sezionatore, che deve essere riportato sul dispositivo. Per gli apparecchi che non rientrano in specifiche norme di prodotto, sono fornite, nella parte commenti della norma CEI 64- 8 Sezione 537, le minime distanze d’isolamento tra i contatti in posizione di aperto, riferite alla tensione nominale dell’impianto:
-
230/400 V: 4 mm;
- 400/690 V: 8 mm;
- 1000 V: 12 mm.
Gli interruttori sezionatori per impianti industriali devono assicurare in posizione di aperto una distanza tra il contatto fisso e quello mobile conforme ai requisiti necessari a soddisfare la funzione di isolamento e devono essere muniti di un dispositivo che indichi la posizione dei contatti mobili.
Integrale di Joule
La norma CEI 64-8 prevede che il dispositivo di protezione debba intervenire in un tempo inferiore a quello che potrebbe far superare al conduttore la sua temperatura massima ammissibile.
Deve pertanto essere verificata la relazione I2t<K2S2 occorre che l'energia specifica lasciata passare dall’interruttore (I2t) a seguito di un
cortocircuito sia inferiore all’energia che il cavo riesce a sopportare (K2S2, dove K è un parametro che dipende dal cavo, ed S è la sezione del cavo). La verifica dell’energia
specifica passante può essere condotta anche per via grafica tracciando sullasulla caratteristica I2/Icc dell' interruttore automatico magnetotermico la
retta K2S2 relativa al cavo da proteggere.
