Interruttore
Differenziale
Gli interruttori differenziali sono apparsi sul mercato negli anni ’50.
Sulle norme sono apparsi per la prima volta nel 1966 (CEI 11-1), mentre la norma di prodotto è uscita soltanto nel 1980 (CEI 23-18).
Principio di funzionamento
L'interruttore differenziale è un dispositivo di protezione che determina l'interruzione automatica dell'alimentazione qualora rilevi il passaggio di una corrente verso terra superiore ad una data soglia. La soglia prende il nome di corrente differenziale nominale di intervento e viene indicata con Idn ; valori tipici di Idn sono : 10mA , 30mA , 100mA , 300mA e 500mA. Esiste poi un parametro , detto corrente differenziale nominale di NON intervento e indicato con Idno , al di sotto del quale è garantita la continuità dell'alimentazione.
Illustriamo il funzionamento del differenziale per il caso di
un interruttore bipolare ( carico monofase ) , che è costituito , in ultima
analisi , da un toroide , tre bobine e uno sganciatore , a sua volta costituito
da un relé di sgancio e da un meccanismo di apertura : a ciascun conduttore che
va verso il carico è collegata in serie una bobina ed entrambe le bobine sono
avvolte su uno stesso toroide ; vi è poi una terza bobina collegata al relé di
sgancio : finché le correnti sui due conduttori del carico sono identiche i
campi magnetici generati sono uguali e contrari e il flusso magnetico
circolante nel toroide è nullo. Quando vi è una differenza fra le due correnti
, sul toroide ( detto anche trasformatore toroidale ) circola un flusso
magnetico , che a sua volta induce una forza elettromotrice sulla bobina del
relé , che comanda lo sganciamento dell'interruttore.
L'interruttore differenziale, in un impianto domestico, deve avere una sensibilità di valore non superiore a 30 milliampere. In caso di impianti elettrici con più derivazioni in parallelo si possono installare più differenziali a protezione di ciascun ramo derivato, in modo da realizzare una protezione selettiva, tale cioè da isolare solo il ramo interessato al guasto, senza disalimentare gli altri rami. Se, in aggiunta alle protezioni dei singoli rami, si installa anche una protezione differenziale generale comune a tutti i rami, si ricorre solitamente ad un differenziale di tipo ritardato, per evitare che questo, intervenendo prima di quelli posti a valle, disalimenti anche i circuiti non guasti.
Gli interruttori differenziali vengono classificati in base alla forma d’onda rilevabile ( tipo AC, A o B ), alla sensibilità differenziale (ad alta o a bassa sensibilità), al tempo d’intervento ( rapidi o selettivi ), alla presenza o meno delle protezioni contro le sovracorrenti (differenziale puro o differenziale magnetotermico) e al potere d’interruzione intrinseco ( corrente che l’interruttore è capace di interrompere garantendo la ripresa del servizio dopo l’intervento ).
Forma d’ onda rilevabile
Differenziali di tipo AC (per la sola corrente alternata): adatti per impianti in cui si prevedono utilizzatori con correnti differenziali (di guasto) alternate sinusoidali.
Differenziali di tipo A: adatti per impianti in cui si prevedono utilizzatori con correnti differenziali di guasto alternate e/o pulsanti, unidirezionali, fortemente resistenti alle sovratensioni impulsive.
La scelta fra interruttori di classe AC , A , B va effettuata dal progettista dell'impianto elettrico in base alle correnti di dispersione che si prevedono per l'utenza da proteggere. Se il carico prevede la presenza di circuiti elettronici che fanno uso di raddrizzatori , chopper , inverter, la corrente di guasto può essere non sinusoidale ( o sinusoidale ad una frequenza diversa dai 50-60Hz per cui sono predisposti molti degli interruttori AC commerciali ) ed è bene ricorrere ad interruttori di classe A o , meglio ancora , di classe B.
Sensibilità differenziale
Differenziali a bassa sensibilità: corrente differenziale maggiore di 30mA, devono essere coordinati con la resistenza dell’impianto di terra ( quindi impianto di terra obbligatorio ).
Tempo di intervento ( rapidi o selettivi )
Differenziali di tipo generale, che intervengono in tempi relativamente rapidi perché la corrente di guasto e il tempo di intervento determinino punti (t, I) che si trovano nelle zone meno pericolose di quelle stabilite dalla CEI 64-8
Differenziali selettivi: a tempo dipendente ma dotati di ritardo di intervento, in genere sono installati a monte di altri differenziali di tipo generale in modo da ridurre e circoscrivere il fuori servizio alla sola parte di impianto soggetta a guasto.
Differenziali ritardati: in cui invece il tempo di ritardo è regolabile , sempre per assicurare la selettività. Questo genere di interruttori può essere utilizzato solo in ambito industriale , perché la regolazione deve essere eseguita da persone esperte (PES) .
Scelta dell’ interruttore differenziale
L’ interruttore differenziale viene utilizzato per proteggere persone e cose da contatti diretti, contatti indiretti e perdite di isolamento.
Le norme CEI lo rendono obbligatorio in tantissimi casi locali con bagni o docce, vasche idromassaggio, piscine, cantieri edili, locali agricoli, campeggi, locali con rischio di incendio o esplosione, locali di pubblico spettacolo, locali medici, etc.. La norma CEI 64-8 praticamente rende obbligatorio l’interruttore differenziale contro i contatti indiretti (cioè quando una persona tocca una massa in tensione per un guasto di isolamento) sia negli impianti di tipo TT (masse separate dal neutro e collegate a terra) sia in quelli di tipo TN (masse e neutro collegate allo stesso impianto di terra). In Italia il sistema di distribuzione a bassa tensione è del tipo TT.
L’interruttore differenziale deve essere scelto tenendo in considerazione le caratteristiche dell’utilizzatore, la tipologia della corrente e la selettività dell’intervento.
Se la corrente di guasto è sinusoidale, la scelta è per un interruttore differenziale di tipo AC. Da molti anni però i produttori di elettrodomestici e di svariati apparecchi elettrici usano l’elettronica per aumentare le prestazioni dei prodotti, migliorarne il comfort e risparmiare energia. Utenze come lavatrici con variazione della velocità centrifuga, termostati industriali, regolatori di luminosità e di velocità dei motori (inverter) gruppi statici di continuità, etc…, funzionano con forme d’onda più o meno variabili (pulsanti, pulsanti con componente continua, ondulata, etc…).
Se a seguito di un guasto dell’isolamento di un qualunque componente montato a valle di un raddrizzatore o di un regolatore elettronico, si verifica una corrente di guasto verso terra, gli interruttori differenziali standard (tipo AC), il cui funzionamento è previsto in corrente alternata 50/60 Hz, sono insensibili a questa corrente per cui non intervengono. Il mancato intervento provoca, pericolo per le persone o cose in quanto permane l’alimentazione e desensibilizzazione dell’interruttore stesso a causa del passaggio di corrente continua di guasto.
Dal punto di vista normativo si osserva che la norma CEI 64-8 nel commento all’art. 532.2.1.4 afferma che esistono apparecchi utilizzatori di Classe I incorporanti circuiti elettronici con correnti di guasto a massa di tipo continuo, in cui si raccomanda di usare protezione con interruzione automatica dell’alimentazione, utilizzando interruttori differenziali di tipo B. Altre guide CEI come la CEI 64-50 ( Edilizia Residenziale ), CEI 64-13 ( Impianti elettrici in locali adibiti ad uso medico ) prescrivono l’uso dell’interruttore differenziale di tipo A o di tipo B quando la corrente di guasto verso terra non è perfettamente sinusoidale ma pulsante o continua.
Fonti
Gli interruttori differenziali sono apparsi sul mercato negli anni ’50.
Sulle norme sono apparsi per la prima volta nel 1966 (CEI 11-1), mentre la norma di prodotto è uscita soltanto nel 1980 (CEI 23-18).
Principio di funzionamento
L'interruttore differenziale è un dispositivo di protezione che determina l'interruzione automatica dell'alimentazione qualora rilevi il passaggio di una corrente verso terra superiore ad una data soglia. La soglia prende il nome di corrente differenziale nominale di intervento e viene indicata con Idn ; valori tipici di Idn sono : 10mA , 30mA , 100mA , 300mA e 500mA. Esiste poi un parametro , detto corrente differenziale nominale di NON intervento e indicato con Idno , al di sotto del quale è garantita la continuità dell'alimentazione.
Solitamente Idno è pari alla
metà di Idn e il coordinamento della Idn e della Idno di diversi interruttori
differenziali collegati in serie è utilizzato per la selettività fra gli stessi
, che garantisce la continuità di servizio in rami del circuito non interessati
dal guasto.
L'interruttore differenziale, in un impianto domestico, deve avere una sensibilità di valore non superiore a 30 milliampere. In caso di impianti elettrici con più derivazioni in parallelo si possono installare più differenziali a protezione di ciascun ramo derivato, in modo da realizzare una protezione selettiva, tale cioè da isolare solo il ramo interessato al guasto, senza disalimentare gli altri rami. Se, in aggiunta alle protezioni dei singoli rami, si installa anche una protezione differenziale generale comune a tutti i rami, si ricorre solitamente ad un differenziale di tipo ritardato, per evitare che questo, intervenendo prima di quelli posti a valle, disalimenti anche i circuiti non guasti.
Gli interruttori differenziali vengono classificati in base alla forma d’onda rilevabile ( tipo AC, A o B ), alla sensibilità differenziale (ad alta o a bassa sensibilità), al tempo d’intervento ( rapidi o selettivi ), alla presenza o meno delle protezioni contro le sovracorrenti (differenziale puro o differenziale magnetotermico) e al potere d’interruzione intrinseco ( corrente che l’interruttore è capace di interrompere garantendo la ripresa del servizio dopo l’intervento ).
Forma d’ onda rilevabile
Differenziali di tipo AC (per la sola corrente alternata): adatti per impianti in cui si prevedono utilizzatori con correnti differenziali (di guasto) alternate sinusoidali.
Differenziali di tipo A: adatti per impianti in cui si prevedono utilizzatori con correnti differenziali di guasto alternate e/o pulsanti, unidirezionali, fortemente resistenti alle sovratensioni impulsive.
Differenziali di tipo
B: adatti per impianti in cui si prevedono utilizzatori con correnti di
guasto alternate, pulsanti ed anche in corrente continua, anch’essi resistenti
alle sovratensioni impulsive.
Differenziali di tipo
F: sono sensibili
anche a correnti di dispersione con frequenza variabile tra 10HZ a 1kHz,
necessari per proteggere carichi elettronici o convertitori di frequenza
monofase.La scelta fra interruttori di classe AC , A , B va effettuata dal progettista dell'impianto elettrico in base alle correnti di dispersione che si prevedono per l'utenza da proteggere. Se il carico prevede la presenza di circuiti elettronici che fanno uso di raddrizzatori , chopper , inverter, la corrente di guasto può essere non sinusoidale ( o sinusoidale ad una frequenza diversa dai 50-60Hz per cui sono predisposti molti degli interruttori AC commerciali ) ed è bene ricorrere ad interruttori di classe A o , meglio ancora , di classe B.
Sensibilità differenziale
Differenziali a bassa sensibilità: corrente differenziale maggiore di 30mA, devono essere coordinati con la resistenza dell’impianto di terra ( quindi impianto di terra obbligatorio ).
Differenziali ad alta
sensibilità: corrente differenziale minore di 30mA, sono detti anche “salvavita”, in quanto l’utente che
inavvertitamente tocca una parte in tensione, è percorso da una corrente verso
terra limitata unicamente dalla resistenza del corpo, l’interruttore interviene
quando il valore di corrente è ad un livello di sicurezza per la persona (non è
obbligatorio l’impianto di terra).
Gli interruttori a bassa sensibilità ,
per prevenire opportunamente i rischi da contatti indiretti , debbono essere
opportunamente coordinati con l'impianto di terra ( deve essere soddisfatta la
relazione Rt*Idn<=50 nei sistemi TT e Zs*Idn<=Uo nei sistemi T-N ) ,
mentre gli interruttori ad alta sensibilità funzionano correttamente anche con
resistenze di terra relativamente alte. Se si prende ad esempio una Idn=10mA ,
anche con tempi di interruzione di 2 secondi ci si trova nella zona n.2 fra
quelle specificate dalla norma CEI 64-8 per la pericolosità della corrente
alternata a 50Hz. La zona 2 non presenta effetti fisiologici pericolosi per
l'uomo , in quanto sotto la soglia di tetanizzazione.Tempo di intervento ( rapidi o selettivi )
Differenziali di tipo generale, che intervengono in tempi relativamente rapidi perché la corrente di guasto e il tempo di intervento determinino punti (t, I) che si trovano nelle zone meno pericolose di quelle stabilite dalla CEI 64-8
Differenziali selettivi: a tempo dipendente ma dotati di ritardo di intervento, in genere sono installati a monte di altri differenziali di tipo generale in modo da ridurre e circoscrivere il fuori servizio alla sola parte di impianto soggetta a guasto.
Differenziali ritardati: in cui invece il tempo di ritardo è regolabile , sempre per assicurare la selettività. Questo genere di interruttori può essere utilizzato solo in ambito industriale , perché la regolazione deve essere eseguita da persone esperte (PES) .
Scelta dell’ interruttore differenziale
L’ interruttore differenziale viene utilizzato per proteggere persone e cose da contatti diretti, contatti indiretti e perdite di isolamento.
Le norme CEI lo rendono obbligatorio in tantissimi casi locali con bagni o docce, vasche idromassaggio, piscine, cantieri edili, locali agricoli, campeggi, locali con rischio di incendio o esplosione, locali di pubblico spettacolo, locali medici, etc.. La norma CEI 64-8 praticamente rende obbligatorio l’interruttore differenziale contro i contatti indiretti (cioè quando una persona tocca una massa in tensione per un guasto di isolamento) sia negli impianti di tipo TT (masse separate dal neutro e collegate a terra) sia in quelli di tipo TN (masse e neutro collegate allo stesso impianto di terra). In Italia il sistema di distribuzione a bassa tensione è del tipo TT.
L’interruttore differenziale deve essere scelto tenendo in considerazione le caratteristiche dell’utilizzatore, la tipologia della corrente e la selettività dell’intervento.
Se la corrente di guasto è sinusoidale, la scelta è per un interruttore differenziale di tipo AC. Da molti anni però i produttori di elettrodomestici e di svariati apparecchi elettrici usano l’elettronica per aumentare le prestazioni dei prodotti, migliorarne il comfort e risparmiare energia. Utenze come lavatrici con variazione della velocità centrifuga, termostati industriali, regolatori di luminosità e di velocità dei motori (inverter) gruppi statici di continuità, etc…, funzionano con forme d’onda più o meno variabili (pulsanti, pulsanti con componente continua, ondulata, etc…).
Se a seguito di un guasto dell’isolamento di un qualunque componente montato a valle di un raddrizzatore o di un regolatore elettronico, si verifica una corrente di guasto verso terra, gli interruttori differenziali standard (tipo AC), il cui funzionamento è previsto in corrente alternata 50/60 Hz, sono insensibili a questa corrente per cui non intervengono. Il mancato intervento provoca, pericolo per le persone o cose in quanto permane l’alimentazione e desensibilizzazione dell’interruttore stesso a causa del passaggio di corrente continua di guasto.
Dal punto di vista normativo si osserva che la norma CEI 64-8 nel commento all’art. 532.2.1.4 afferma che esistono apparecchi utilizzatori di Classe I incorporanti circuiti elettronici con correnti di guasto a massa di tipo continuo, in cui si raccomanda di usare protezione con interruzione automatica dell’alimentazione, utilizzando interruttori differenziali di tipo B. Altre guide CEI come la CEI 64-50 ( Edilizia Residenziale ), CEI 64-13 ( Impianti elettrici in locali adibiti ad uso medico ) prescrivono l’uso dell’interruttore differenziale di tipo A o di tipo B quando la corrente di guasto verso terra non è perfettamente sinusoidale ma pulsante o continua.
Fonti
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