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L'interruttore differenziale: la rivoluzione nella protezione dai contatti indiretti

L'interruttore differenziale: la rivoluzione nella protezione dai contatti indiretti

L’interruttore differenziale ha un ruolo fondamentale nella protezione dai guasti a massa, e rappresenta una delle innovazioni più rivoluzionarie in materia di sicurezza elettrica.

La sua nascita pare risalga a metà anni ‘50 a opera della Elettrocondutture (oggi ABB). C’è chi sostiene che le sue applicazioni siano state di tipo antifrode, e che siano in seguito state promosse come applicazioni per la sicurezza. In Italia la diffusione commerciale si deve alla Bticino, che, con il marchio registrato Salvavita®, ha distribuito il differenziale, rendendolo di fatto, uno dei componenti essenziali dell’impianto elettrico.

Il suo contributo in Italia si deve maggiormente in funzione del sistema di distribuzione utilizzato: gli addetti ai lavori sapranno che il sistema di distribuzione pubblica dell’energia elettrica su suolo nazionale è in TT (Neutro collegato a terra e masse collegate a una terra diversa da quella del neutro), dove realizzare impianti di terra che riescano efficacemente a far intervenire gli interruttori a sovracorrente (magnetotermici o fusibili), è una problematica non da poco.

Ma come funziona? E come può questo componente interagire con l’impianto di terra e completare definitivamente la protezione dal contatto indiretto?

L’interruttore differenziale ha il compito di aprire il circuito, prima che sulle masse si presentino tensioni pericolose. In sede normativa, sono stati definiti due livelli di tensione limite convenzionale UL:

  • 50 V in ambiente ordinario;
  • 25 V in ambienti particolari (ad esempio locali medici).
Questo è un dato di fatto qualsiasi sia il mezzo di protezione utilizzato per proteggerci, ma il vantaggio dell’interruttore differenziale rispetto agli interruttori a sovracorrente, soprattutto nei sistemi di bassa tensione serviti in TT è di seguito esplicitato.

Osserviamo la tipica configurazione di un sistema TT:

Figura 1: guasto a massa in un sistema TT (Immagine tratta da CEI 64-8)

La corrente di guasto Ig fluisce attraverso la resistenza di terra RA dell’utilizzatore, e si richiude attraverso la terra sulla resistenza di terra del neutro RB. Una persona malcapitata che si trova a toccare la massa M durante il guasto, si trova sottoposta a una tensione totale di terra pari a:

UT=RAXIg

Affinchè un interruttore a sovracorrente intervenga, o perlomeno intervenga in tempi regolamentari per evitare di entrare in contatto con una massa in tensione, Ig deve essere tale da attivare il dispositivo di protezione. La corrente di guasto diminuisce all’aumentare della resistenza di terra, spesso realizzare impianti disperdenti efficaci, può risultare oneroso. Pensiamo a terreni rocciosi, dove l’elevata resistività impedisce la realizzazione di una dispersione efficace, o a terreni corrosivi per natura, dove un impianto estremamente esteso sarebbe difficile da gestire in termini di manutenzione.

L’interruttore differenziale rivoluziona il modo di vedere il guasto a terra, e passa da un sistema d’intervento a sovracorrente, a uno, per l’appunto, differenziale.

Figura 2: Schema di principio interruttore differenziale

In un circuito che funziona regolarmente, la somma delle correnti (in caso di neutro va considerata anche la corrente che lo percorre), è nulla, e nullo sarà il flusso nel toroide. In caso di guasto, l’interruttore avverte una differenza tra le correnti entrati e quelle uscenti, e questa differenza è data proprio da quella quota parte di corrente che fluisce a terra, Ig per intenderci; lo squilibrio instaura un flusso magnetico nel toroide, e la bobina rossa (detta differenziale), essendo sede di forza elettromotrice indotta, viene percorsa da una corrente che dice all'organo di comando B di aprire il circuito.

Il vantaggio rispetto ai dispositivi a sovracorrente è dovuto all’esiguo valore necessario per permettere l’intervento del dispositivo.

Facciamo un esempio pratico: supponiamo di volerci proteggere dal guasto a terra in un ambiente ordinario con un interruttore magnetotermico con In = 20 A. L’intervento nei tempi regolamentari avviene a 5In, il che vuol dire a 100 A.
Affinchè sulle masse non si presentino 50 V, la resistenza dell’impianto di terra deve risultare:

RE = 50V/100A = 0,5 Ω

Supponiamo adesso di volerci proteggere con un interruttore differenziale da 20 A, con corrente nominale di intervento Idn = 0,3 A:

RE = 50V/0,3A ≈ 166 Ω

Il vantaggio ottenuto attraverso l’utilizzo del dispositivo differenziale non ha bisogno di commenti.

Quanto scritto rappresenta la punta di un iceberg di un argomento vastissimo: abbiamo parlato del sistema TT, e della protezione attraverso l’interruzione dell’alimentazione, ma il sistema TT non è l’unico sistema di distribuzione, e l’interruzione automatica non è l’unico sistema di protezione.
Proveremo in seguito ad approfondire alcuni di questi aspetti, a descrivere le varie modalità di protezione, e alle differenze che intercorrono tra i vari sistemi di distribuzione.

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