Perché scatta l'interruttore. Differenziale e magnetotermico "for dummies"

Perché nel bel mezzo delle nostre faccende domestiche ci troviamo senza corrente elettrica per l'intervento di un interruttore ? Questo articolo ha carattere divulgativo e il suo intento è spiegarlo ai neofiti e a chi non ha conoscenze di elettrotecnica e impianti elettrici .  

Iniziamo col dire che i meccanismi di intervento degli interruttori sono di tre tipologie e ciascun meccanismo interviene per una causa diversa : i meccanismi sono la protezione termica , la protezione magnetica e la protezione differenziale ; le cause di intervento sono rispettivamente il sovraccarico , il cortocircuito e guasto verso terra ( o dispersione verso terra ).

I due meccanismi termico e magnetico sono ormai quasi sempre raccolti in un unico interruttore , detto appunto interruttore magnetotermico ; l'intervento differenziale può invece essere deputato a un interruttore singolo ( interruttore differenziale , volgarmente detto salvavita ) che può essere accoppiato sulla barra DIN del quadro elettrico al magnetotermico ( dando luogo all'interruttore magnetotermico-differenziale ) oppure essere prodotto direttamente in fabbrica con tutti e tre i meccanismi di protezione.

Un differenziale privo di magnetotermico , ma predisposto per accoppiamento con un magnetotermicoFigura : un esempio di differenziale privo di magnetotermico , ma predisposto per essere accoppiato ad un magnetotermico 

Vediamo nel dettaglio questi tre meccanismi di protezione , associandoli alle cause che ne determinano l'intervento :

1) la protezione termica interviene in caso di sovraccarico. E' la classica situazione che capita quando si superano i 3kW perché si collegano contemporaneamente forno , lavatrice e lavastoviglie e interviene l'interruttore automatico sul quadro elettrico o sul contatore . In questo articolo di approfondimento viene spiegato il concetto di selettività : in un impianto ben progettato con scelta di interruttori di diverse correnti nominali e tipologie , non dovrebbe intervenire l'interruttore generale o addirittura il magnetotermico del contatore ENEL , ma viene scollegata solo la linea delle prese in cui sono collegati questi elettrodomestici ( spesso chiamata linea FM , Forza Motrice ) .

Se il sovraccarico persistesse per troppo tempo , senza venire interrotto nei tempi opportuni , potrebbero intervenire fenomeni di surriscaldamento per effetto Joule dei cavi , delle prese e di altri componenti dell'impianto elettrico dimensionati per correnti inferiori a quella di sovraccarico , con rischio di danni e soprattutto di principi di incendio. L'intervento non è comunque immediato e la curva di intervento della protezione termica determina per quanto tempo una certa corrente di sovraccarico può essere tollerata. In generale :

- più è alta la corrente di sovraccarico e prima interviene la protezione , più lieve è il sovraccarico e più tardi interviene la protezione ;
- conoscere i tempi di tolleranza del sovraccarico permette di scegliere interruttori più o meno "reattivi" nell'intervenire. Ci sono infatti diverse curve di intervento , che determinano diverse tipologie di magnetotermici : la curva C è la più comune , la curva B è quella che determina tempi di intervento inferiori , la curva D è quella che determina tempi di intervento maggiori , da utilizzare quando si è a conoscenza di carichi che prevedono sovraccarichi "fisiologici" che non determinano malfunzionamenti e surriscaldamenti pericolosi ( il caso più immediato sono i motori e tutti i carichi di tipo induttivo che prevedono una fase di spunto all'avvio ).

2) molto inferiori sono invece i tempi di intervento della protezione magnetica , perché diversa è la causa : un cortocircuito deve essere interrotto nel minor tempo possibile. A differenziare gli interruttori magnetotermici rispetto al cortocircuito è il potere di interruzione , che possiamo intuitivamente spiegare come la corrente di cortocircuito per cui l'interruttore garantisce l'apertura del cortocircuito ( per una definizione più tecnica di potere di interruzione vedere l'articolo di approfondimento ) . La corrente che si verifica in caso di cortocircuito dipende dalla distanza dal trasformatore MT/BT e dalla potenza di tale trasformatore ( in caso di impianti alimentati da gruppi elettrogeni o da impianti fotovoltaico dipende dalle caratteristiche dalla fonte di energia ) : in ambito civile valori tipici dei poteri di interruzione sono 4.5 kA o 6 kA , solo in caso di abitazioni molto vicine alla cabina di trasformazione dell'ente distributore può essere necessario ricorrere a interruttori magnetotermici da 10 kA.

3) la protezione differenziale , infine , interviene in caso di correnti di guasto verso terra cioè correnti di dispersione verso terra. Queste correnti possono far assumere tensioni pericolose a masse metalliche , mettendo a rischio la vita di eventuali persone che dovessero toccare queste masse . Compito del salvavita è quindi è interrompere questi guasti entro sensibilità di tempo e corrente che non siano pericolosi per il corpo umano ( per approfondire la pericolosità della corrente elettrica per l'uomo suggeriamo questo articolo ) : valori tipici della corrente differenziale nei salvavita domestici sono 30mA e 10mA ( più è bassa questa corrente e più il differenziale si dice ad alta sensibilità ) .

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