Interruttore differenziale

L'interruttore differenziale, chiamato comunemente salvavita, è un dispositivo capace di interrompere (aprire) un circuito in caso di contatti accidentali fase-terra o dispersione dell'impianto elettrico verso terra. Viceversa non offre protezioni da cortocircuiti o sovracorrenti per i quali è necessario ricorrere a dispositivi denominati magnetotermici. Tuttavia esistono in commercio dispositivi che integrano sia la protezione del interruttore differenziale sia del magnetotermico.

Principio di funzionamento

Il principio alla base del funzionamento di questo dispositivo si basa sul 1° prima legge di Kirchhoff, che prevede che la somma algebrica delle correnti entranti ed uscenti da un nodo sia uguale a zero. Semplificando il concetto si può dire che questo dispositivo verifica la differenza tra le correnti uscenti ed entranti ai suoi morsetti e nel caso questa differenza sia superiore ad un determinato valore intervenga aprendo il circuito.

Schema di principio di un interruttore differenziale

collegamento-portalampada

Figura 1 - Schema di principio di un differenziale

  1. Alimentazione
  2. Uscita verso circuito utilizzatore
  3. Toroide in materiale ferroso al alta permeabilità
  4. Avvolgimenti dei conduttori di linea (con correnti uguali in entrata è uscita i flussi generati si annullano)
  5. Avvolgimento rivelazione corrente differenziale(se i flussi generati dai conduttori di linea sono diversi si genera nel toroide un flusso magnetico che induce a sua volta una f.e.m con il compito di comandare il dispositivo di sgancio
  6. Dispositivo di sgancio per l'apertura dell'interruttore
  7. Tasto di prova
  8. Resistore per limitare corrente di prova
  9. Contatti dell'interruttore

In condizioni normali di funzionamento (somma algebrica delle correnti pari a 0) nel toroide non scorre alcun flusso magnetico che viceversa, viene a crearsi quando si ha una differenza di corrente , detta appunto corrente differenziale indicata con: IΔ.Questa induce a sua volta una forza elettromotrice che tramite il dispositivo di sgancio (relè differenziale) apre il circuito. Come detto precedentemente la differenza di corrente tra entrata e uscita del circuito si verifica quando si ha una dispersione verso terra, normalmente si parla di :

  • Contatto diretto
  • Contatto indiretto

Contatto diretto

contatto diretto

Figura 2 - Contatto diretto

Questo tipo di contatto si verifica quando si viene in contatto con una parte normalmente sotto tensione dell'impianto, ad esempio la virola di un portalampada, un conduttore scoperto, l'alveolo di una presa ecc. In questo caso il soggetto che viene in contatto con questa parte sotto tensione chiude il circuito verso terra. Questa tipologia di contatto se avvengono con le normali tensioni civili e/o industriali (230Vac e 400Vac)sono molto pericolosi, in quanto le correnti che attraversano il corpo umano sono alte. Tipicamente questa tipologia di contatto avviene se si utilizza materiale elettrico scadette o fuori norma (obsoleto) come per esempio nelle prese sia fisse che mobili (prolunghe), per il danneggiamento dell'involucro di un utilizzatore, che potrebbe lasciare scoperte parti sotto tensione normalmente coperte, e forse la piu comune il danneggiamento dell'isolazione dei conduttori volanti (prolunghe).


Contatto indiretto

contatti indiretti

Figura 3 - Contatti indiretti

Un contatto indiretto si verifica quando si viene a contatto con parti che nel funzionamento normale non sono sotto tensione ma che a causa di un guasto, un malfunzionamento o manomissione si viene a trovare sotto tensione. L'individuo che è soggetto a tale contatto viene attraversato da una corrente elettrica in quanto chiude il circuito verso terra.


Parametri di classificazione

Possiamo identificare alcune caratteristiche principali in base alle quali è possibile classificare gli interruttori differenziali

  • L'interruttore presenta anche una protezione contro le sovracorrenti, in questo caso si parla di differenziale magnetotermico viceversa si parla di differenziale puro
  • Potere d'interruzione intrinseco. È Il valore massimo della corrente verso terra che il dispositivo può interrompere prima di essere distrutto e non garantire più il disinserimento dell'impianto.
  • Forma d'onda rilevabile
Tipo AC
Solo per corrente alternata. Questa tipologia di interruttori differenziali è adatta per impianti in cui le eventuali correnti di guasto siano del tipo sinusoidale "puro". Appartengono a questa categoria la maggior parte dei differenziali impiegati nelle abitazioni ad uso civile
Tipo A
Oltre alla protezione garantita da tipo AC questi dispositivi garantiscono l'intervento per:
  • Correnti pulsanti unidirezionali
  • Correnti pulsanti unidirezionali con componente corrente continua fino a 6 mA
Tipo B
Oltre alla protezione garantita dal tipo A questi dispositivi garantiscono l'intervento per:
  • Correnti differenziali sinusoidali fino a 1000Hz
  • Correnti differenziali continue
  • Tempo d'intervento
    Per questa caratteristica possiamo identificare tre tipi diversi:
    • Interruttori differenziali di tipo generale
    • Interruttori differenziali selettivi. Questi dispositivi intervengono con un tempo di ritardo fisso, vengono impiegati a monte dei differenziali di tipo generale permettendo così una selettività dell'impianto assicurando la continuità dell'impianto non interessato dal guasto
    • Differenziale ritardati. L'intervento può essere ritardato secondo un tempo selezionabile
  • Valore della corrente differenziale d'intervento
    Per questa caratteristica possiamo identificare :
    • Differenziali a bassa sensibilità. Il valore della corrente differenziale d'intervento supera i 30 mA valori previsti dalle norme sono:0.1 - 0.3 - 0.5 - 1 A
    • Differenziali ad alta sensibilità. Il valore della corrente differenziale d'intervento inferiore o uguale a 30 valori previsti dalle norme sono:10 - 30 mA

Scelta dell'interruttore differenziale

Nel paragrafo parametri di classificazione abbiamo visto alcune caratteristiche che ci porteranno alla scelta del differenziale. Altri dati che determineranno la scelta del differenziale saranno:

  • Il numero dei poli (2-3-4 poli)
  • Tensione nominale: Valore della tensione di esercizio in cui opera l'apparecchio (es. 230V, 400V)
  • Corrente nominale: Valore massimo di corrente in cui deve lavorare l'apparecchio valori nominali previsti dalle norme sono 6 - 10 - 13 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100 - 125 A

Iniziamo con lo stabilire che, se l'interruttore differenziale è sprovvisto di una protezione contro le sovracorrenti, questa dovrà essere prevista a monte dello stesso differenziale. Viceversa se il il dispositivo incorpora la protezione magnetotermica basterà scegliere il taglio a seconda dell'utilizzo. Un chiarimento riguardo la caratteristica della forma d'onda rilevabile, in base a cui determinare il tipo AC, A, B, può essere riassunto col dire, che normalmente negli impianti civili tradizionali l'utilizzo di un differenziale del Tipo AC (quindi con correnti sinusoidali a 50-60 Hz), garantirebbe una protezione sufficiente. Tuttavia negli ultimi anni, e tendenzialmente ad aumentare nei prossimi, i produttori di elettrodomestici, ricorrono sempre più a circuiti elettronici che aumentano e migliorano le prestazione di questi prodotti ma che possono generare forme d'onda pulsanti o pulsanti con componente continua ecc (es variatori di velocità dei motori, regolatori di luminosità). In caso di guasto a valle di questi componenti i differenziali tradizionali AC che sono progettati per intervenire in corrente alternata A 50/60Hz risultano insensibili a questi guasti non rilevando queste correnti pulsanti e risultando pericolose per le persone o le cose. In questo caso scegliendo un tipo A in sostituzione del "tradizionale" AC riusciremmo a coprire anche una casistica di guasto con correnti differenziali con forme d'onda non sinusoidali. La soluzione di sostituire un differenziale tradizionale con uno di tipo A sembrerebbe quindi logica, tenendo conto del fatto che in alcuni paesi europei i differenziali AC sono già stati sostituiti dal tipo A. Naturalmente un differenziale del tipo A a parità delle restanti caratteristiche con uno del tipo AC risulterà più costoso. I differenziali di tipo B per quello che riguarda le installazioni civili, oltre a risultare superfluo tranne per specifici casi, presenta anche un costo considerevolmente superiore sia al tipo AC che al tipo A, e quindi anche se in grado di coprire le diverse forme d'onda (pulsanti, continue ecc) non sono economicamente consigliati . Altra caratteristica da approfondire per una corretta scelta del dispositivo riguarda il Valore della corrente differenziale d'intervento , la scelta di tale valore in relazione ad impianti civili è legata sia alle norme ( in particolare la legge 46/90), sia allo stato dell'impianto. Semplificando per gli impianti precedenti a tale legge, essa prevede la presenza di un interruttore differenziale ad alta sensibilità (massimo 30 mA), mentre per i nuovi impianti successivi all'entrata in vigore della legge essa prevede che l'impianto sia completo del sistema di messa a terra e di interruttore differenziale con corrente nominale di intervento minore di 1 A. In ogni caso deve essere rispettata la condizione dettata dalla formula




Rt=
50
Id

50=Valore di tensione non ritenuto pericoloso per le persone [V]]

Id=Corrente differenziale d'intervento [A]

Rt=Resistenza di terra espressa in ohm [Ω]

Formula 1 - Calcolo resistenza di terra




Tale formula fornisce il valore massimo della resistenza di terra a dipendenza del valore d'intervento del differenziale. Con un differenziale da 30 mA la resistenza di terra potrà essere anche di 50/0.03 A = 1666 ? viceversa utilizzando un differenziale da 300 mA la resistenza di terra dovrà essere al massimo di 166 ?.

Interventi continui del differenziale

Spesso possiamo notare interventi indesiderati dell'interruttore differenziale senza apparenti motivi o presenze di guasti. Per prima cosa se il dispositivo incorpora la protezione magnetotermica la possibile causa dell'intervento del dispositivo è da ricercarsi in un assorbimento eccessivo sulla linea elettrica, causata ad esempio dal contemporaneo uso del forno e della lavatrice, e che quindi provoca l'intervento della protezione magnetotermica del dispositivo e non nella protezione differenziale dello stesso. Viceversa una possibile causa che provoca un intervento indesiderato, quindi non legato a contatti diretti o indiretti e da ricercasi nella dispersione di corrente presente nei diversi utilizzatori, che vanno a sommarsi e se raggiungono il valore d'intervento del differenziale ne provocano l'intervento. Una soluzione a questo inconveniente è legato alla suddivisione dell'impianto in più "sezioni" ognuna delle quali protette da diversi differenziali, questo oltre a garantire un margine superiore legato alla dispersione degli utilizzatori, permette una selettività dell'impianto che permette ad esempio di continuare a usufruire del sistema d'illuminazione nel caso si presenti un problema nella parte d'impianto legata ad un altro differenziale. Altra possibile soluzione è ricorrere a differenziali che prevedono "filtri" antidisturbo per evitare interventi indesiderati.

Esempio di un differenziale

Differenziale caratteristiche principali

Figura 4 - Differenziale: caratteristiche principali

Possiamo vedere nella figura 4, alcune caratteristiche di cui abbiamo discusso come vengono riportante su un dispositivo

  • A: Corrente nominale
  • B: Tensione Nominale
  • C: Potere d'interruzione intrinseco
  • D: Forma d'onda rilevabile in questo caso solo sinusoidale, quindi tipo AC
  • E: Corrente differenziale d'intervento qui 10 mA
  • F: Marchio di qualità

Da notare che il differenziale in figura è del tipo "puro", necessita quindi di un interruttore magnetotermico a sua protezione con corrente nominale massimo pari a quella del differenziale in questo caso 16 A


Differenziale caratteristiche principali

Figura 5 - Differenziale: connessione e gestione

Nella figura 5, possiamo vedere un dispositivo che implementa sia la protezione del differenziale sia la protezione magnetotermica.

  • A: Ingresso dispositivo per fase e neutro
  • B: Uscita dispositivo per fase e neutro
  • C: Corrente nominale del magnetotermico (16A) e del differenziale 32A Come visto in precedenza è fondamentale che la protezione del magnetotermico sia al massimo uguale a quella del differenziale.In questo caso è di taglio inferiore e quindi garantisce la protezione del differenziale
  • D: Levetta per attivare/disattivare differenziale. Si evidenzia il fatto che in questo caso un intervento del differenziale disinserisce anche la protezione magnetotermica, mentre in caso ad esempio di un sovraccarico interverrà la sola protezione magnetotermica cosi da distinguere la causa del problema
  • E: Corrente differenziale d'intervento qui 30 mA
  • F: Tasto di prova. Questo tasto causa l'intervento del differenziale creando una "dispersione" di corrente (vedi tasto di prova)

Conclusioni e informazioni utili

Possiamo concludere questo articolo, affermando che la scelta di un differenziale non è cosa semplice, e dovrebbe essere realizzata da personale esperto. Tuttavia con questo articolo si intende fornire delle informazioni più approfondite su questo elemento fondamentale per la sicurezza delle persone e delle cose. Inoltre sei ricorda che la presenza del differenziale non garantisce l'immunità ai pericoli della corrente elettrica, un esempio al riguardo può essere il seguente Una persona viene a contatto con i due conduttori attivi fase e neutro, ma resta isolata da terra, per il differenziale, non avviene nessuna dispersione e quindi non interverrà.

Hai una qualche esperienza o conoscenza riguardante questo argomento? Se vuoi aiutarci, allora per favore aggiungi un commento!
 

Commenti  

 
#3 Piero 2017-10-21 12:39
Più chiaro di così non si può. grazie :-)
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#2 gianni 2012-12-14 17:16
comprensive anche per chi non è del settore!! complimenti!!!
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#1 FABIO 2012-01-10 22:47
Molto interessanti questi pagine di elettricita', complimenti allo staff. :[***]:
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