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Glossario di Elettrotecnica e norme CEI Lettera I : Gli interruttori differenziali e gli interruttori magnetotermici

Glossario di Elettrotecnica e norme CEI Lettera I

INTERRUTTORE DIFFERENZIALE

L'interruttore differenziale è un dispositivo di protezione che determina l'interruzione automatica dell'alimentazione qualora rilevi il passaggio di una corrente verso terra superiore ad una data soglia. La soglia prende il nome di corrente differenziale nominale di intervento e viene indicata con Idn ; valori tipici di Idn sono : 10mA , 30mA , 100mA , 300mA e 500mA o maggiori per i differenziali industriali di tipo regolabile . 

Esiste poi un parametro , detto corrente differenziale nominale di NON intervento e indicato con Idno , al di sotto del quale è garantita la continuità dell'alimentazione. Solitamente Idno è pari alla metà di Idn e il coordinamento della Idn e della Idno di diversi interruttori differenziali collegati in serie è utilizzato per la selettività fra gli stessi , che garantisce la continuità di servizio in rami del circuito non interessati dal guasto.

Illustriamo il funzionamento del differenziale per il caso di un interruttore bipolare ( carico monofase ) , che è costituito , in ultima analisi , da un toroide , tre bobine e uno sganciatore , a sua volta costituito da un relé di sgancio e da un meccanismo di apertura : a ciascun conduttore che va verso il carico è collegata in serie una bobina ed entrambe le bobine sono avvolte su uno stesso toroide ; vi è poi una terza bobina collegata al relé di sgancio : finché le correnti sui due conduttori del carico sono identiche i campi magnetici generati sono uguali e contrari e il flusso magnetico circolante nel toroide è nullo. Quando vi è una differenza fra le due correnti , sul toroide ( detto anche trasformatore toroidale ) circola un flusso magnetico , che a sua volta induce una forza elettromotrice sulla bobina del relé , che comanda lo sganciamento dell'interruttore.

Gli interruttori differenziali possono essere classificati in base a diversi criteri :

1) focalizzando l'attenzione sulla forma d'onda delle correnti differenziali rilevabili distinguiamo fra:
1a) interruttori differenziali di tipo AC , se sono in grado di rilevare solo correnti differenziali verso terra sinusoidali
1b) interruttori differenziali di tipo A , se sono in grado di rilevare anche correnti differenziali verso terra pulsanti unidirezionali
1c) interruttori differenziali di tipo B , se sono in grado di rilevare anche correnti differenziali verso terra continue.
La scelta fra interruttori di classe AC , A , B va effettuata dal progettista dell'impianto elettrico in base alle correnti di dispersione che si prevedono per l'utenza da proteggere. Se il carico prevede la presenza di circuiti elettronici che fanno uso di raddrizzatori , chopper , inverter, la corrente di guasto può essere non sinusoidale ( o sinusoidale ad una frequenza diversa dai 50-60Hz per cui sono predisposti molti degli interruttori AC commerciali ) ed è bene ricorrere ad interruttori di classe A o , meglio ancora , di classe B.

2) focalizzando l'attenzione sul valore della soglia di corrente , distinguiamo fra:
2a) interruttori differenziali ad alta sensibilità , se la corrente differenziale nominale di intervento è inferiore a 30mA
2c) interruttori differenziali a bassa sensibilità , se la Idn è superiore a 30mA
Gli interruttori a bassa sensibilità , per prevenire opportunamente i rischi da contatti indiretti , debbono essere opportunamente coordinati con l'impianto di terra ( deve essere soddisfatta la relazione Rt*Idn<=50 nei sistemi TT e Zs*Idn<=Uo nei sistemi T-N ) , mentre gli interruttori ad alta sensibilità funzionano correttamente anche con resistenze di terra relativamente alte. Se si prende ad esempio una Idn=10mA , anche con tempi di interruzione di 2 secondi ci si trova nella zona n.2 fra quelle specificate dalla norma CEI 64-8 per la pericolosità della corrente alternata a 50Hz. La zona 2 non presenta effetti fisiologici pericolosi per l'uomo , in quanto sotto la soglia di tetanizzazione.

3) focalizzando l'attenzione sulla selettività degli interruttori differenziali , distinguiamo fra:
3a) interruttori differenziali di tipo generale , che intervengono in tempi relativamente rapidi perché la corrente di guasto e il tempo di intervento determinino punti (t,I) che si trovano nelle zone meno pericolose di quelle stabilite dalla CEI 64-8
3b) interruttori differenziali selettivi , che intervengono entro un tempo di ritardo fisso , per essere collegati a monte di altri differenziali del tipo 3a) ed assicurare la continuità di servizio delle parti di impianto non interessate dal guasto ( selettività )
3c) interruttori differenziali ritardati , in cui invece il tempo di ritardo è regolabile , sempre per assicurare la selettività. Questo genere di interruttori può essere utilizato solo in ambito industriale , perché la regolazione deve essere eseguita da persone esperte (PES) .

Spieghiamo il concetto di selettività con un esempio : supponiamo di avere in un piccolo ufficio , a causa di un guasto verso terra nel circuito utilizzatore di una presa , una corrente di dispersione verso terra di 50 mA . Se l'interruttore generale dell'ufficio è dotato di un unico interruttore generale differenziale magnetotermico ad alta sensibilità con Idn=30 mA , questo guasto causerà l'interruzione di tutte le linee delle utenze dell'ufficio ( luce , prese , riscaldamento , ecc )  con gli inevitabili disagi del caso . Se invece ogni linea è dotata di un proprio interruttore differenziale ad alta sensibilità da 30 mA , mentre magari l'interruttore generale posto a valle del contatore è un interruttore selettivo , l'interruzione riguarderà la sola linea della presa interessata dal guasto.

Riferimenti : CEI 64-8 Art.432 CEI 23-18

Interruttore magnetotermico

L'interruttore magnetotermico è un dispositivo che , combinando l'azione di due diversi meccanismi ( sganciatore termico e sganciatore magnetico ) permette la protezione della porzione di impianto elettrico a valle dal corto-circuito e dal sovraccarico . Entrambi i fenomeni vanno sotto il nome di "sovracorrenti" , che possono compromettere l'integrità delle condutture e degli apparecchi utilizzatori , ma vanno trattati in maniera completamente diversa : il corto-circuito presuppone un guasto e va interrotto sempre e in tempi brevissimi , perché le correnti in gioco sono tali da produrre effetti termici e meccanici pericolosi quasi istantanei ; il sovraccarico può invece manifestarsi anche in un circuito elettricamente sano ( ad esempio a causa della corrente di spunto di un motore elettrico ) e l'entità degli effetti dannosi sulla conduttura dipende dal tempo per cui la corrente supera la portata Iz della stessa.
Pertanto lo sganciatore magnetico , che apre l'interruttore in caso di corto-circuito , agisce se la corrente supera una determinata soglia Im ( massima corrente ) a prescindere dal tempo per cui questa si presenta ; la sua curva caratteristica di intervento tempo-corrente è quindi una retta orizzontale ( fig. 1 ) e infatti viene anche detto sganciatore di massima corrente a tempo indipendente. Lo sganciatore termico , invece , allo scopo di lasciar passare le sovracorrenti "funzionali" ( dovute cioè al normale funzionamento dell'apparecchiatura elettrica a valle ) e interrompere le sovracorrenti "anomale" ha una curva caratteristica di intervento tempo-corrente di tipo iperbolico e viene infatti detto sganciatore di massima corrente a tempo inverso ( fig. 2 ) . In questo modo le correnti di poco superiori a quella nominale vengono permesse anche per tempi lunghi ( la retta verticale 1,05*In viene detta "corrente di non intervento" perché può essere tollerata per 1 ora nei magnetotermici con In>63A e per oltre 2 ore nei magnetotermici con In<63A ) , mentre le correnti via via crescenti saranno tollerate per tempi via via inferiori . La combinazione di queste due curve costituisce la curva di intervento del magnetotermico.

Fig.1 : Caratteristica di intervento tempo-corrente dello sganciatore magnetico Fig.2 : Caratteristica di intervento tempo-corrente dello sganciatore termico

Come per gli interruttori differenziali , anche per gli interruttori magnetotermici la classificazione può avvenire in base a diversi criteri. Un primo criterio considera le tecnologie costruttive ( che determinano l'entità della corrente nominale e del potere di interruzione (Icn) e , quindi , il tipo di impiego ) e distingue fra :
1a) Interruttori magnetotermici modulari , impiegati per lo più nel civile e nel terziario , con correnti In fino al centinaio di A e potere di interruzione fino ai 50kA . Devono il loro nome alla misura standard del loro ingombro ( moduli DIN ) su apposite barre profilate di fissaggio ( barre DIN ).
2a) Interruttori magnetotermici scatolati , impiegati quasi esclusivamente in ambito industriale , di dimensioni relativamente ridotte per le correnti nominali ( fino ai 2000 A ) ed il potere di interruzione ( fino a 150kA ) che li caratterizza. L'elevato potere di interruzione è legato al livello di isolamento e segregazione loro conferito dal supporto in materiale plastico , da cui traggono il nome.
3a) Interruttori magnetotermici aperti , impiegati nelle linee MT e a valle di trasformatori MT/BT , con correnti nominali fino a 10.000 A e potere d'interruzione fino a 100kA.
Un secondo criterio distingue gli interruttori in base al tempo di interruzione dello sganciatore magnetico :
1b) Interruttori magnetotermici limitatori , in cui l'interruzione viene anticipata rispetto al passaggio per lo zero della forma d'onda sinusoidale della corrente alternata ; in questo modo si impedisce alla corrente di corto-circuito di raggiungere il valore di cresta ( per cui non si parla di corrente di corto-circuito ma di corrente presunta ) , limitandone gli effetti dannosi.
2b) Interruttori magnetotermici rapidi , in cui l'interruzione avviene al primo o al secondo passaggio per lo zero della corrente di corto-circuito ;
3b) Interruttori selettivi o ritardati , in cui il tempo di intervento viene volutamente ritardato per permettere la selettività cronometrica con interruttori magnetotermici istantanei posti a valle.

Un terzo criterio distingue infine gli interruttori magnetotermici in base alla corrente di intervento del relé magnetico . La classificazione è definita da due norme : la norma CEI 23-3 ( nota anche come CEI EN 60898 ) per gli interruttori da utilizzare in impianti domestici e similari ( anche uffici , alberghi e terziario ) , con corrente nominale inferiore a 125 A , mentre la norma CEI 17-5 ( nota anche come CEI EN 60947-2 ) tratta gli interruttori magnetotermici ad uso industriale.

La classificazione delle curve di intervento dei magnetotermici secondo la CEI EN 60898 è la seguente :

1c) se la soglia di intervento per corto-circuito è compresa fra 3*In e 5*In si parla di interruttore magnetotermico di tipo B ;
2c) se la soglia di intervento per corto-circuito è compresa fra 5*In e 10*In si parla di interruttore megnetotermico di tipo C ;
3c) se la soglia di intervento per corto-circuito è compresa fra 10*In e 20*In si parla di interruttore magnetotermico di tipo D ;

La norma CEI EN 60947-2 , invece , oltre alle curve B , C , D ( i cui range di intervento vengono leggermente ristretti rispetto alla CEI EN 60898 ) anche le curve K , Z e AM :

1d) il range di intervento dei magnetotermici tipo B viene definita come 4*In +/- 20% cioè tra 3.2*In e 4.8*In 
2d) il range di intervento dei magnetotermici tipo C viene definita come 8*In +/- 20% cioè tra 6.4*In e 9.6*In 
3d) il range di intervento dei magnetotermici tipo D viene definita come 12*In +/- 20% cioè tra 9.6*In e 14.4*In 
4d) il range di intervento dei magnetotermici di tipo Z viene definita tra 2.4*In e 3.6*In 
4e) il range di intervento di tipo AM viene definita 12*In +/- 20% come per la curva D , ma senza l'intervento della termica 
4f) il range di intervento dei magnetotermici di tipo K viene definita come 12*In +/- 20% come nel tipo D , ma con una diversa forma della curva di intervento : il tipo K si differenzia dal tipo D per la corrente di funzionamento If = 1.2*In . Nel tipo D invece si ha If = 1.3*In .

Come si può notare , addentrandosi nei dettagli degli interruttori automatici industriali , le nozioni iniziano ad essere molto specifiche e specialistiche e per distinguere due diversi tipi di interruttori bisogna conoscere i grafici delle curve di intervento. Tanto che molti interruttori industriali sono regolabili attraverso opportuni parametri per ottenere una curva piuttosto che un'altra.

Quello che interessa l'utente medio sono i campi di applicazione di questi interruttori , che riportiamo di seguito :

- Gli interruttori automatici di tipo B sono utilizzati a protezione di generatori, persone e cavi di notevole lunghezza 
- Gli interruttori automatici di tipo C sono i più diffusi e vengono utilizzati a protezione di carichi di tipo classico
- Gli interruttori automatici di tipo D sono utilizzati a protezione di carichi con forti correnti di spunto , come i magnetotermici di tipo K
- Gli interruttori automatici di tipo Z sono quelli che tollerano il minor sovraccarico e quindi vengono utilizzati a protezione di circuiti elettronici
- Gli interruttori automatici con curva MA sono infine a protezione di motori , senza protezione termica .

Riferimenti CEI 64-8 , art. 433 e 434

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Glossario di elettrotecnica e guida alla ricerca nelle norme CEI

Glossario di elettrotecnica con riferimenti normativi

Questo glossario vuole essere , senza alcuna pretesa di completezza , uno strumento per chi si affaccia per la prima volta nel districato mondo delle norme , delle direttive , delle specifiche tecniche e di quant'altro regolamenta il settore elettrico - elettrotecnico . Nasce da un'esigenza specifica di chi vi scrive : trovandomi catapultato nella situazione appena descritta , ho voluto fare di necessità virtù e lasciare una sorta di guida a chi ( e immagino non siano pochi ) si venga a trovare nella mia stessa condizione. Le voci del glossario sono ordinate alfabeticamente per pagine : in ciascuna pagina , a fianco di ogni voce , trovate una breve definizione/descrizione e la norma a cui riferirsi per approfondire quanto illustrato . Le voci sottolineate prevedono anche una pagina di appunti o una descrizione più esaustiva.

A : 
B :     
C : Classificazione dei luoghi rispetto al rischio in caso di incendio , contatti diretti , contatti indiretti
D :
E :     
F :     
G: Grado di protezione IP ( international protection ) , Gruppo di continuità
H:
I: Interruttore differenziale , Interruttore magnetotermico
J:     
K:     
L:
M: massa e massa estranea     
N:     
O:     
P: Parti attive , potere di interruzione , Protezione di sostegno o protezione di back-up
Q:     
R: Rischio in caso d'incendio , Classificazione dei luoghi     
S: sistema T-T , sistema T-N , sistema I-T , Sezionatore     
T: Tensione totale di terra , Tensione di contatto . Tensione di contatto a vuoto
U: ups     
V:     
X:     
Y:
W:
Z: Zone di pericolosità della corrente elettrica

Grado di protezione : IP40 , IP55 , IP65 , IP66 , IP67 . Guida Elettrotecnica Norme CEI Lettera G

Grado di protezione IP

Il codice IP ( International Protection ) è una convenzione definita nella norma EN 60529 ( recepita dal CEI come norma CEI 70-1 ) per individuare il grado di protezione degli involucri dei dispositivi elettrici ed elettronici ( tensione nominale fino a 72.5 kV ) contro la penetrazione di agenti esterni di natura solida o liquida. Al prefisso IP vengono fatte seguire due cifre :

- la prima individua la protezione contro il contatto di corpi solidi esterni e contro l'accesso a parti pericolose :

IP0X = nessuna protezione contro i corpi solidi esterni ;
IP1X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 50mm e contro l'accesso con il dorso della mano;
IP2X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 12mm e contro l'accesso con un dito;
IP3X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 2.5mm e contro l'accesso con un attrezzo;
IP4X = involucro protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 1mm e contro l'accesso con un filo;
IP5X = involucro protetto contro la polvere ( e contro l'accesso con un filo );
IP6X = involucro totalmente protetto contro la polvere ( e contro l'accesso con un filo ).

- la seconda cifra individua la protezione contro la penetrazione dei liquidi :

IPX0 = nessuna protezione;
IPX1 = involucro protetto contro la caduta verticale di gocce d'acqua;
IPX2 = involucro protetto contro la caduta di gocce con inclinazione inferiore a 15°;
IPX3 = involucro protetto contro la pioggia;
IPX4 = involucro protetto contro gli spruzzi d'acqua;
IPX5 = involucro protetto contro i getti d'acqua;
IPX6 = involucro protetto contro le ondate;
IPX7 = involucro protetto contro gli effetti dell'immersione;
IPX8 = involucro protetto contro gli effetti della sommersione.

Nel 2015 è entrata in vigore la Variante V2 alla norma EN 60529 che introduce anche il grado IPX9 per involucri protetti contro getti d'acqua ad alta pressione e a temperatura elevata. 

Oltre alle 4 cifre sopra esposte , in alcuni casi si possono trovare anche una terza lettera addizionale e una quarta lettera supplementare . La lettera addizionale può assumere i valori :

A : per involucri protetti contro l'accesso con la mano
B : per involucri protetti contro l'accesso con un il dito
C : per involucri protetti contro l'accesso con un attrezzo
D : per involucri protetti contro l'accesso con un filo

La lettera supplementare può invece assumere i seguenti valori :

H indica involucri adatti per l'alta tensione
M indica che la protezione è stata provata con parti dell'apparecchiatura interna all'involucro in movimento
S indica che la protezione è stata provata con parti dell'apparecchiatura interna all'involucro statiche ( non in movimento )
W indica che la protezione è stata provata in condizioni atmosferiche specificate

Riferimenti normativi :
CEI 70-1 per le definizioni
CEI 64-8 per il grado di protezione negli ambienti ordinari e speciali
CEI 17-13/1 per il grado di protezione dei quadri elettrici

Riferimenti bibliografici e testi per approfondire :

GRUPPI DI CONTINUITA' e GRUPPI ELETTROGENI

I gruppi statici di continuità , detti anche UPS , sono apparecchiature elettriche che garantiscono la continuità dell'alimentazione elettrica anche in caso di brevi interruzioni. Per una trattazione più approfondita consultare questo glossario alla voce UPS . I gruppi di continuità sono costituiti , come dotazione minima , da un inverter e da una serie di batterie che ne determinano la durata in caso di interruzione. Già questa descrizione funzionale permette di comprendere che i gruppi di continuità sono da utilizzarsi per interruzioni di breve durata , perché possono garantire autonomie da qualche minuto a frazioni di ora. In casi molto particolari , quando sono di molto sovradimensionati rispetto al carico da alimentare e sono dotati da battery pack supplementari possono superare l'ora di autonomia.

In caso di interruzioni di durata superiore , però , è necessario che a monte dell'UPS sia prevista una fonte meccanica di generazione dell'energia elettrica , costituita da un gruppo elettrogeno , cioè un sistema dotato di un motore e di un alternatore .

Norme che regolano definizioni le prestazioni degli UPS sono la CEI EN 62040 e la CEI EN 62310 da cui sono derivate le norme CEI 22-24 , CEI 22-28 , CEI 22-29 , CEI 22-31 e CEI 22-32 . Per l'installazione degli UPS è invece importante conoscere la CEI 11-20 . La CEI 11-20 è importante perché regola anche gli impianti che comprendono gruppi elettrogeni , come si intuisce anche dal titolo della norma : Impianti di produzione di energia elettrica e gruppi di continuità collegati a reti di I e II categoria

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