10.4        Interruttori differenziali

10.4.1  Generalità

Dell’interruttore differenziale le Norme riportano la seguente definizione : “dispositivo meccanico destinato a connettere e a disconnettere un circuito all’alimentazione, mediante operazione manuale, e ad aprire il circuito automaticamente quando la corrente differenziale supera un valore predeterminato”. Viene altresì precisato che ove fossero presenti anche sganciatori di sovracorrente, questi devono essere in grado di “provocare automaticamente l’apertura del circuito principale quando la corrente superi un valore predeterminato”. Con il   verificarsi di un guasto verso terra  la somma vettoriale delle correnti, che in un circuito in condizioni normali è nulla, da un risultato diverso da zero. L’interruttore differenziale è un dispositivo sensibile a questa corrente (corrente differenziale) e interviene, aprendo automaticamente il circuito, quando viene superato un valore prestabilito. Con questo dispositivo è possibile attuare :

·       la protezione contro i contatti indiretti ;

·       una protezione addizionale contro i contatti diretti ;

·       la protezione contro gli incendi causati dagli effetti termici dovuti alle correnti di guasto verso terra.

Non in tutti gli interruttori differenziali l’energia necessaria per il funzionamento proviene dalla corrente di guasto ma da una sorgente esterna costituita in genere dalla stessa rete di alimentazione. E’ il caso ad esempio dei dispositivi differenziali ad uso industriale con il toroide separato che viene installato direttamente sul cavo. In questo tipo di dispositivi quasi sempre se viene a mancare l’energia ausiliaria l’interruttore non interviene. In alcuni casi molto particolari questo potrebbe risultare pericoloso; ad esempio si interrompe uno solo dei conduttori che alimentano il circuito ausiliario e contemporaneamente si ha un guasto verso terra. Poiché la situazione prospettata è possibile ma poco probabile la Norma permette l’utilizzo di questi interruttori differenziali per la protezione dai contatti indiretti ma solo negli impianti elettrici condotti da persone addestrate come ad esempio negli stabilimenti industriali.  

10.4.2  Principio di funzionamento

In figura 10.4 è schematizzato il principio di funzionamento di un interruttore differenziale monofase. Lo sganciatore differenziale è composto essenzialmente da un nucleo magnetico toroidale su cui sono avvolte due bobine, che vengono collegate in serie con la linea da proteggere, e da una bobina di rilevazione differenziale (B) che agisce sull’organo di comando . Le due bobine sono  avvolte in modo che le  forze magnetomotrici da esse prodotte, quando in condizioni normali sono attraversate dalla stessa corrente, siano uguali ed opposte, tali quindi da produrre una forza magnetomotrice risultante nulla. Non si  avrà perciò alcun effetto magnetico e il  relè di sgancio (S) non interverrà. Se l’isolamento dell’utilizzatore protetto dal dispositivo cede, una corrente di guasto I_g viene convogliata verso terra e  le correnti che circoleranno attraverso le due bobine non saranno più uguali provocando una corrente differenziale   I_D=I₁-I₂. La forza magnetomotrice risultante non sarà più nulla e la variabilità del flusso nel tempo indurrà  nella bobina differenziale una forza elettromotrice che farà circolare la corrente I₁.  Tale corrente andrà ad interessare l’organo di comando dello sganciatore differenziale provocando l’apertura del circuito guasto se la corrente differenziale supera il valore di soglia. In un sistema trifase  senza neutro la somma vettoriale delle tre correnti in assenza di guasto verso terra, anche in presenza di carichi squilibrati è sempre uguale a zero. Il dispositivo differenziale trifase è sensibile alla somma vettoriale delle tre correnti e interviene per un guasto a terra quando viene superata dalla corrente differenziale la soglia d’intervento dello sganciatore. Nei sistemi trifase con neutro la somma vettoriale delle tre correnti è uguale ed opposta a quella che circola sul neutro e quindi la somma delle quattro correnti è sempre uguale a zero ; l’interruttore differenziale anche in questo caso interviene solo in caso di guasto a terra. L’interruttore differenziale deve essere munito di un tasto di prova con una corrente di prova che secondo le norme può essere al massimo 2,5I_Dn. La prova eseguibile con questo tasto  intende verificare che il rivelatore  differenziale e il dispositivo di sgancio siano ancora in grado di segnalare una corrente differenziale e di interrompere il circuito. Questa però è una prova che non permette di stabilire se è rispettata la caratteristica di intervento dell’interruttore differenziale (questa verifica deve essere effettuata mediante appositi strumenti). I costruttori  in ogni caso consigliano di provare gli interruttori differenziali col tasto di prova almeno una volta al mese perché si è notato che la percentuale di guasti dei dispositivi così provati si riduce rispetto a quelli non provati con questa frequenza. 

Fig. 10.4 - Principio di funzionamento di un interruttore differenziale

10.4.3  Parametri caratteristici degli interruttori differenziali

In base al tipo costruttivo i dispositivi differenziali si distinguono in :

·       dispositivi  il cui funzionamento non dipende da una sorgente ausiliaria ;

·       dispositivi  che dipendono da una sorgente ausiliaria.

Una ulteriore suddivisione viene effettuata  in base alla funzione a cui il dispositivo differenziale è destinato :

·       Differenziali magnetotermici - sono costituiti dalla combinazione di uno sganciatore magnetico, termico e differenziale e sono destinati alla protezione dalle sovracorrenti e dalle correnti di guasto verso terra ;

·       Differenziali puri  - sono dotati del solo sganciatore differenziale e quindi garantiscono solo la protezione verso terra. Devono essere accoppiati a interruttori magnetotermici o a  fusibili per la protezione dalle sollecitazioni termiche e dinamiche;

·       Differenziali con toroide separato - sono impiegati negli impianti industriali caratterizzati da forti intensità di corrente. Vengono realizzati con relè, costituiti da un toroide sul quale è disposto l’avvolgimento di rilevazione della corrente differenziale, che viene utilizzato per comandare il meccanismo di sgancio di un interruttore o di un contattore di linea. 

Le prestazioni di questi dispositivi sono definite da alcune grandezze caratteristiche :

·         Numero dei poli - 2P, 3P, 4P ;

·         Tensione nominale -  valore di tensione per la quale l’interruttore è destinato a funzionare ;

·         Corrente nominale (I_n) -  valore di corrente che l’apparecchio è in grado di portare ininterrottamente ;

·         Corrente differenziale nominale d’intervento I_Dn  (Norme CEI EN 61008-1 e CEI EN 61009-1) - minimo valore della corrente differenziale che determina l’apertura dei contatti entro tempi specificati. I valori normalizzati sono 0,01-0,03-0,1-0,3-0,5-1A ;

·         Corrente differenziale nominale di non intervento I_Dn0 (Norme CEI EN 61008-1 e CEI EN 61009-1) - valore massimo della corrente differenziale che non provoca l’apertura dei contatti. Il valore normalizzato, anche se sono ammessi tempi diversi, è I_Dn0=0,5I_Dn ;

Fig. 10.5 -  Limiti di intervento e di non intervento dei dispositivi differenziali

·         Tempo d’intervento -  intervallo di tempo tra l’istante in cui si raggiunge il valore  di corrente differenziale I_dn e l’istante in cui avviene l’apertura dei contatti

Tab. 10.2 -  Correnti nominali differenziali normalizzate e tempi massimi d’intervento degli interruttori differenziali

·         Caratteristiche d’intervento - definiscono i valori corrente differenziale/tempo  d’intervento che caratterizzano il funzionamento del dispositivo

Fig 10.6 - Caratteristiche di intervento di un interruttore differenziale

·         Potere   di chiusura e di interruzione differenziale nominale I_Dm (Norme CEI EN 61008-1 e CEI EN 61009-1) – è il valore efficace della componente alternata della corrente presunta differenziale che un interruttore differenziale può stabilire, portare ed interrompere in condizioni specificate. Il valore minimo di I_Dm è 10 I_n oppure 500A scegliendo il valore più elevato. 

·         Potere di chiusura e di interruzione nominale I_m  (Norme CEI EN 61008-1) – è il valore efficace della componente alternata della corrente presunta, assegnato dal costruttore, che un interruttore differenziale può stabilire, portare e interrompere in condizioni specificate. Il valore minimo di I_m è 10 I_n oppure 500A scegliendo il valore più elevato. 

·         Potere di corto circuito nominale condizionale I_nc (Norme CEI EN 61008-1) – massimo valore efficace di corrente presunta che il dispositivo, protetto da un dispositivo di protezione contro i cortocircuiti (interruttore automatico o fusibili), è in grado di sopportare in condizioni specificate senza subire danni che ne compromettano la funzionalità. Fino a 10 kA i valori normalizzati sono : 3-4-5-10 kA mentre oltre i 10 kA e fino a 25 kA il valore preferenziale è 20 kA.

·         Corrente di cortocircuito nominale condizionale differenziale I_Dc  (Norme CEI EN 61008-1) – è il valore di corrente presunta differenziale che un  interruttore differenziale, protetto da un dispositivo di protezione contro il cortocircuito, può sopportare in condizioni specificate senza subire modificazioni che ne compromettano la funzionalità. I valori normali sono gli stessi di I_nc.

·         Comportamento in presenza di correnti pulsanti unidirezionali - interruttore differenziale denominato di tipo AC o  A ;

·         Comportamenti in presenza di correnti  continue di guasto a massa - interruttore differenziale denominato di tipo B ;

·         Tempo di ritardo - per gli interruttori differenziali selettivi denominati di tipo S.

continua....

Prodotto da Elektro 2000

Diritti sul Copyright