Benvenuto a questo corso gratuito di base per elettricisti, in questa lezione parliamo di uno dei dispositivi che troviamo praticamente in tutti i quadri elettrici, siano essi destinati al settore civile, che a quello industriale; conosceremo infatti l’interruttore differenziale.
Questo dispositivo serve a proteggere noi stessi e le apparecchiature, da eventuali dispersioni di corrente sui circuiti elettrici.
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Ecco cosa impiariamo in questa lezione:
Com’è fatto un interruttore differenziale al suo interno.
Funzionamento dell’interruttore differenziale.
Le caratteristiche e le specifiche dell’interruttore differenziale.
Il tipo di protezione differenziale (classe).
Installazione dell’interruttore differenziale negli impianti elettrici.
Consigli per la scelta del tipo di interruttore differenziale.
Cosa significa interruttore differenziale? Che differenza c’è tra interruttore differenziale e interruttore magnetotermico? Quanti tipi di interruttori differenziali esistono?
Queste sono domande molto comuni che si pone chi si avvicina al mondo degli impianti elettrici, in effetti la materia riguardante questi dispositivi è piuttosto ampia, per esempio oggi abbiamo la possibilità di installare differenziali di vario tipo, chiamati AC, A, B, F; tutte queste sigle possono in qualche modo confondere chi è alle prime armi.
Nell’immagine che segue troviamo il simbolo elettrico di questo tipo di interruttore, vediamo che è caratterizzato dall’identificativo “id”.
Com’è fatto un interruttore differenziale al suo interno.
Cominciamo a capire cos’è un interruttore differenziale, osservando la figura che segue, la quale rappresenta lo schema interno di questi apparecchi.
Come vediamo nell’immagine sopra, il cuore di un interruttore differenziale è il toroide, un elemento costituito di materiale ferromagnetico, il quale produce un campo magnetico quando si fa circolare corrente attraverso delle spire avvolte sull’elemento stesso.
I toroidi sono oggetti molto utilizzati in elettronica, esistono trasformatori toroidali, bobine per alta frequenza, e così via ; il differenziale sfrutta il toroide sul quale troviamo tre avvolgimenti.
Il primo avvolgimento è quello del conduttore della fase del nostro circuito, il secondo riguarda il neutro, e poi c’è il terzo avvolgimento che è collegato a un elemento di sgancio; la bobina di sgancio serve ad aprire i contatti quando l’interruttore differenziale deve intervenire.
Nel circuito vediamo anche un pulsante di prova (test), che quando premuto mette in comunicazione neutro e fase, passando però da una resistenza di test; in assenza di questa resistenza, premendo il pulsante in pratica creeremmo un cortocircuito, non di certo sicuro per noi, e nemmeno per l’impianto elettrico.
Funzionamento dell’interruttore differenziale.
Ora che abbiamo imparato com’è fatto il circuito interno di un dispositivo salvavita (questo è l’altro modo in cui chiamiamo il differenziale), vediamo come questo funziona.
In condizioni normali, le correnti sugli avvolgimenti del neutro e della fase creano campi magnetici che si annullano.
Nel caso di una dispersione di corrente verso terra, questa somma di correnti non sarà più zero, ma ci sarà una differenza; quando questa differenza supera la soglia del differenziale (per esempio 30 mA), ecco che la bobina di sgancio viene eccitata, e questa aziona il contatto che apre il circuito.
Le caratteristiche e le specifiche dell’interruttore differenziale.
Come tutti i dispositivi elettrici, anche l’interruttore salvavita ha delle specifiche caratteristiche che vengono riportate dai costruttori, le più importanti sono la soglia di intervento, la corrente nominale massima di lavoro, e il tipo di protezione; vediamo cosa sono queste caratteristiche, partendo dalla soglia di intervento.
Le soglie di intervento di questi interruttori sono legate alla capacità delle dispersioni verso terra di danneggiare le apparecchiature, e cosa più importante, di essere pericolose per l’essere umano.
La soglia di 30 mA è quella tipica dei differenziali installati negli appartamenti, questa è infatti considerata la soglia oltre il quale la corrente diventerebbe pericolosa per la nostra incolumità.
Ci sono in commercio differenziali con diverse opzioni di soglia, le soglie più usate sono 30 mA, 10 mA, 300 mA e 500 mA; e come possiamo vedere dalla figure quì sotto, per quanto riguarda la corrente nominale troviamo 16A, 25A, 40A e oltre.
Per un utilizzo domestico, solitamente installiamo differenziali con capacità nominali da 16 a 40 ampere.
Oltre alla soglia di intervento, i differenziali si distinguono per il numero di poli; in un sistema monofase come quello presente nelle abitazioni, si utilizzano apparecchi a 2 poli, nel sistema trifase possiamo impiegare differenziali a 4 poli. I poli sono il numero di contatti che vengono gestiti dal dispositivo.
Il tipo di protezione differenziale (classe).
Oggi sempre più sentiamo parlare di differenziali in classe F, in classe A, in classe B; il tipico interruttore salvavita che tutti conosciamo è quello in classe AC, questo infatti rappresenta il primo tipo di interruttore differenziale che è stato prodotto.
Ecco nell’immagine uno di questi apparecchi, in effetti i differenziali esternamente si somigliano tutti, per distinguerli leggiamo le targhette identificative che troviamo sugli stessi.
Le varie diciture sul salvavita lo descrivono, e come vediamo nell’immane, sul frontale sono indicate la corrente nominale, la soglia di intervento e il tipo di protezione; sull’apparecchio è anche stampato uno schema che rappresenta il circuito interno.
Le classi di protezione seguono una gerarchia nella quale ogni grado comprende la protezione del grado che lo precede: la classe A comprende le protezioni del tipo AC, la classe F eredita le caratteristiche del tipo A, mentre la classe B comprende tutte le protezioni delle classi precedenti.
Se dovessimo quindi elencare i differenziali per complessità, avremmo:
AC, A, F e B; dove il più semplice (e meno costoso) è il tipo AC, e il più sofisticato è l’interruttore di tipo B.
Le varie classi di intervento sono riferite ai tipi di dispersione che il circuito interno del differenziale riesce a rilevare. L’interruttore di tipo AC rileva dispersioni di onde sinusoidali simili a quella presente nella nostra alimentazione di rete (230VAC), il tipo A rileva anche correnti unidirezionali, il tipo F riconosce anche dispersioni ad alta frequenza, mentre il tipo B in pratica rileva qualsiasi tipo di dispersione possibile.
Ecco una tabella con la simbologia utilizzata sugli apparecchi per identificare la classe di protezione:
Installazione e protezione dell’interruttore differenziale negli impianti elettrici.
Nell’utilizzare gli interruttori differenziali, è importante tenere conto del fatto che questi non presentano nessuna protezione contro il sovraccarico e il cortocircuito; questa protezione è affidata agli interruttori magnetotermici, i quali vengono inseriti nel circuito per proteggere anche il differenziale.
Ecco nella figura quì sotto lo schema di un impianto residenziale di tipo 1, notiamo che a monte dei due differenziali è installato un magnetotermico generale da 32A.
La protezione del differenziale da 25A è affidata ai due magnetotermici a valle dello stesso, per quanto riguarda il differenziale da 40A, ci sono i magnetotermici a valle, e comunque il generale a monte che limita la corrente a 32A.
Come vediamo nella figura sopra, a valle (in uscita dai differenziali) si possono installare magnetotermici per proteggere i singoli circuiti di alimentazione; l’accoppiamento di interruttori magnetotermici e interruttori salvavita permette la realizzazione di impianti funzionali, sicuri, e a norma di legge.
Consigli per la scelta del tipo di interruttore differenziale.
A seconda del tipo di applicazione si opera la scelta della classe del differenziale; ecco cosa prescrive la normativa per questa scelta:
Apparecchiatura per saldatura ad arco, in ambienti con rischio di maggior scossa: tipo B.
Azionamenti con velocità variabile: tipo A o B.
Sistemi di conversione elettronica di potenza: tipo A o B.
Impianti fotovoltaici (lato C.A.), senza separazione elettrica: tipo B.
Sistemi STS (statici di trasferimento): tipo A o B.
UPS (sistemi di continuità): tipo A o B.
Locali a uso medico di gruppo 1 e 2: tipo A o B
Sistemi di ricarica in corrente alternata di veicoli elettrici con prese e connettori per modo di ricarica tipo 3: tipo B.
Sistemi di ricarica in corrente alternata di veicoli elettrici con prese e connettori per modo di ricarica tipo 1 e 2: tipo A.
Lavatrici e condizionatori fissi nelle abitazioni: tipo F.
L’immagine che segue riassume queste indicazioni.
