Interruttore differenziale selettivo: struttura, scopo, ambito di applicazione + schema e dettagli di collegamento

Tra la varietà di apparecchi di protezione esiste l'interruttore differenziale selettivo, che gli specialisti indicano come un'opzione pratica e ottimale per organizzare la protezione. In cosa si distingue questo tipo di dispositivo dagli altri della stessa categoria?

Quali proprietà possiede il dispositivo selettivo e quanto è elevata la sua sensibilità? Proviamo a capirlo con una breve panoramica in questo ambito.

Scopo e principio di funzionamento

I dispositivi relè per le reti elettriche, progettati per garantire la protezione dal contatto diretto in zone pericolose, nonché la protezione delle apparecchiature, sono presentati in diverse configurazioni costruttive.

Caratteristiche degli apparecchi selettivi

La caratteristica distintiva del dispositivo selettivo è la presenza nello schema della funzione di ritardo di interruzione del circuito che alimenta il carico.

Di solito questo parametro supera il valore di 40 ms — questo significa che gli apparecchi selettivi non sono progettati per proteggere dal contatto diretto.

La gamma di dispositivi utilizzati per la protezione durante l'esercizio delle reti elettriche offre un'ampia scelta. Praticamente tutti i tipi di interruttori differenziali possono essere utilizzati in reti monofase o trifase.

Tra le caratteristiche dei dispositivi selettivi, va inoltre sottolineata la loro buona stabilità in risposta ai picchi di corrente e tensione. Grazie a questa proprietà, viene praticamente eliminato il rischio di falsi interventi e, di conseguenza, di disconnessioni del circuito. Il significato di selettività degli interruttori automatici è spiegato in dettaglio in questo materiale.

Di norma, in pratica vengono utilizzati dispositivi la cui corrente nominale è compresa tra 25 e 100 A. Inoltre, il valore della corrente differenziale di dispersione è compreso tra 0,1 e 0,3 A.

Vengono prodotti varianti bipolari e quadripolari del dispositivo. Ogni tipo viene attivamente utilizzato in schemi a cascata ramificati.

Principio di funzionamento e struttura dell'interruttore differenziale di tipo S

Le caratteristiche distintive dei dispositivi selettivi si limitano a quelle sopra indicate.

In tutto il rimanente funzionalità costruttiva non si riscontra alcuna differenza sostanziale tra gli apparecchi selettivi e i dispositivi di uso generale.

Il principio di funzionamento dei moduli persegue un unico scopo: prevenire eventuali dispersioni di corrente, che rappresentano una potenziale minaccia per gli utenti di vari apparecchi elettrici. Inoltre, gli interruttori differenziali di tipo selettivo agiscono per prevenire danni agli apparecchi.

Il principio di funzionamento, di conseguenza, rimane standard – applicabile a tutti i dispositivi di protezione del gruppo degli interruttori differenziali:

1. Nella struttura è presente un trasformatore differenziale.
2. Grazie al trasformatore, viene effettuato il confronto delle correnti di controllo.
3. La differenza viene trasmessa all'elemento sensibile.
4. Se la differenza supera il parametro di controllo impostato, avviene l'interruzione.

Ecco l'intero principio di funzionamento in termini generali. Tuttavia, è opportuno notare anche una caratteristica come la dipendenza dei dispositivi dall'alimentazione.

In pratica vengono utilizzate due varianti costruttive degli interruttori differenziali di tipo selettivo (e anche di quelli comuni). Una variante prevede alimentazione esterna, mentre l'altra la esclude completamente.

Modulo a quattro poli installato in una rete a tensione monofase. Il collegamento è realizzato sulla base di una soluzione tradizionale, in cui vengono utilizzati un interruttore automatico di ingresso, un contatore elettrico e, successivamente, un interruttore differenziale selettivo.

È chiaro che le strutture del dispositivo di protezione in cui non viene utilizzato un circuito di alimentazione esterno appaiono più affidabili di quelle che richiedono una fonte di energia per funzionare efficacemente.

Poiché il trasformatore differenziale è essenzialmente l'elemento dominante della struttura, a questo componente dello schema dell'interruttore differenziale vengono imposti requisiti speciali.

Il nucleo magnetico del trasformatore differenziale deve avere una caratteristica lineare rigorosa di magnetizzazione.

Approssimativamente in questo modo si svolgono i processi all'interno del nucleo magnetico dell'interruttore differenziale di tipo selettivo e il flusso di corrente attraverso gli avvolgimenti di lavoro esistenti. Modificando i valori di corrente di ciascuna linea, viene controllato il fattore di dispersione.

Le proprietà termiche del nucleo magnetico devono garantire un funzionamento di qualità in un ampio intervallo di temperature. Pertanto, per la fabbricazione di questo componente viene utilizzato un materiale speciale: ferro amorfo o simile.

Altre parti della struttura del dispositivo selettivo interruttore differenziale sono i relè magnetoelettrici sensibili – elementi ad azione diretta, spesso denominati organi di soglia.

In alcune strutture i relè sono sostituiti da componenti elettronici, ma il principio rimane lo stesso.

Modalità normale e di emergenza

Quando l'interruttore differenziale di tipo S è in funzione, fino a quando non viene rilevata la presenza di corrente di dispersione (corrente differenziale), i conduttori che formano il circuito elettrico nel campo magnetico del nucleo trasmettono correnti di carico nominali equivalenti.

Schema che mostra chiaramente i processi interni del modulo di tipo selettivo durante il funzionamento del dispositivo in modalità operativa. Il livello di sensibilità necessario è garantito dalla sua regolazione mediante la corrente di interruzione.

Da queste correnti, uguali in grandezza, all'interno del nucleo vengono indotti campi magnetici di azione direzionale opposta.

Il loro flusso totale risulta pari a zero, il che spiega l'assenza di corrente nell'avvolgimento secondario del trasformatore differenziale. La sua corrente nulla non influisce sull'elemento sensibile di interruzione. L'interruttore differenziale rimane inserito.

In caso contrario, quando lo schema descritto viene alterato, anche l'equilibrio delle correnti viene compromesso. Di conseguenza, nell'avvolgimento secondario del trasformatore differenziale si genera una corrente di una determinata intensità.

Non appena questa intensità supera il valore di soglia dell'elemento di avviamento del dispositivo di protezione selettivo, esso scatta. Ciò attiva il sistema di blocco esecutivo — l'interruzione dei circuiti di alimentazione del carico. L'interruttore differenziale si disinserisce e interrompe il circuito del carico.

Campi di applicazione tradizionali del dispositivo

Come accennato in precedenza, questa modifica dei dispositivi di protezione non viene utilizzata per la protezione contro il contatto diretto.

Molto spesso i dispositivi vengono utilizzati come blocchi in caso di possibile incendio del cablaggio elettrico o di meccanismi di sistema.

Il contatto diretto con le apparecchiature, in particolare quelle domestiche, è un fenomeno comune. Tuttavia, in caso di dispersione di corrente, tale contatto può avere gravi conseguenze. Un interruttore differenziale di tipo S non protegge dal contatto diretto in condizioni di dispersione, ma per questo esistono altri tipi di dispositivi.

Questi stessi interruttori differenziali vengono utilizzati come mezzi di protezione contro i cortocircuiti nei circuiti di alimentazione di costose apparecchiature/impianti o nei circuiti di alimentazione di importanti sistemi tecnologici.

È comune l'impiego di dispositivi di tipo selettivo nella costruzione di complessi schemi elettrici a cascata, dove su ciascuna derivazione è presente un carico di tipo diverso con correnti differenti.

Soluzione circuitale a cascata per il cablaggio della rete elettrica con l'impiego di moduli di protezione di tipo selettivo. Una delle varianti comuni utilizzate nell'elettrificazione degli edifici residenziali.

Con questa configurazione del sistema di derivazione elettrica con dispositivi selettivi, viene garantita una protezione affidabile per le singole sezioni.

Inoltre, ogni singolo interruttore differenziale, in caso di guasto, offre la possibilità di identificare rapidamente il difetto.

Schemi di collegamento dell'interruttore differenziale con selettività di intervento

In sostanza, le soluzioni circuitali in questo caso non presentano teoricamente particolarità che le distinguerebbero dalla realizzazione di schemi con altri tipi di dispositivi del gruppo.

Un'altra questione è in quale sequenza collegare, ad esempio, l'interruzione selettiva e l'interruzione per contatto diretto?

Esecuzione tipica del dispositivo che garantisce il blocco dell'alimentazione in caso di dispersione di corrente e contatto diretto. La regolazione della corrente di interruzione è generalmente di almeno 30 mA

Se si considera l'apparecchio di interruzione selettiva in versione singola, in questo caso è un elemento del circuito più semplice e viene montato in modo standard:

1. Per primo viene installato l'interruttore automatico.
2. Successivamente viene installato l'interruttore differenziale di tipo S.
3. Poi il circuito di carico.

Nel frattempo, la protezione viene utilizzata in varie modalità di utilizzo delle reti elettriche.

Ad esempio, è necessario garantire un'elevata affidabilità di funzionamento di un motore elettrico trifase. Come organizzare la protezione tramite un interruttore differenziale di tipo selettivo in questo caso?

Un'altra versione – l'apparecchio a quattro poli – è più comoda dal punto di vista delle possibilità di configurazione del cablaggio elettrico. Con questo modulo è più facile gestire il cablaggio della barra di terra.

Qui si adatta con successo un dispositivo a quattro poli, con il quale si può organizzare uno schema di protezione contro il cortocircuito degli avvolgimenti.

Il collegamento avviene anche tramite un inserto intermedio dell'interruttore differenziale. Cioè, prima viene inserito l'interruttore automatico, al secondo posto la protezione selettiva, al terzo il motore elettrico.

Variante di soluzione circuitale con motore elettrico. Soluzione semplice e abbastanza efficace per proteggere il motore da possibili cortocircuiti tra fasi o cortocircuiti verso massa.

Uno schema monofase per esigenze standard, come illuminazione e alimentazione, può essere progettato abbastanza semplicemente utilizzando un dispositivo bipolare e diversi interruttori automatici.

La distribuzione dei canali monofase in ogni singola stanza viene effettuata tramite interruttori automatici, alimentati dalla fase proveniente dall'apparecchio di protezione.

Questa è, per così dire, una soluzione circuitale classica utilizzata nella maggior parte dei casi dai proprietari di alloggi comunali, dai proprietari di case e villette.

Variante circuitale classica con un solo dispositivo di interruzione di protezione di corrente per il cablaggio di più circuiti elettrici. Soluzione comune nelle case vecchie, dove non era previsto l'uso della barra di terra.

I progetti moderni di abitazioni prevedono l'organizzazione di schemi con la presenza obbligatoria di una barra di terra. Pertanto, per tali soluzioni è tipica una leggera modifica/integrazione dello schema di cablaggio.

In particolare, un elemento aggiuntivo del cablaggio diventa il conduttore di terra (PE), che è una parte integrante tanto quanto la barra del neutro.

Soluzione circuitale alternativa con la stessa variazione settoriale di cablaggio e con l'impiego degli stessi dispositivi. Solo in questa variante si utilizza la barra di terra. Questo esempio appare più efficace dal punto di vista della protezione.

Negli appartamenti, nelle case, nei villini, i dispositivi di protezione selettiva costituiscono un complemento obbligatorio del quadro elettrico domestico, quando gli abitanti utilizzano apparecchi domestici:

• lavatrice;
• lavastoviglie;
• fornello elettrico potente (cucina).

Inoltre, questo tipo di dispositivi (selettivi) costituisce di solito il secondo gradino di protezione, mentre sul primo gradino agiscono gli RCD di interruzione in caso di contatto diretto.

Cioè, si ha un collegamento di gruppo dei dispositivi e questa è davvero un'opzione efficace in termini di sicurezza nell'uso delle reti elettriche domestiche.

Particolarità del collegamento dei moduli di tipo S

In realtà, le particolarità sono le stesse che accompagnano il processo di collegamento dei dispositivi di protezione standard.

I morsetti di ciascun dispositivo hanno una specifica destinazione (fase, neutro) e sono contrassegnati di conseguenza.

Morsettiere sul dispositivo di protezione e denominazioni per il collegamento delle linee elettriche. È mostrata anche la designazione del pulsante per eseguire il test per verificare il corretto intervento dell'RCD.

Durante l'installazione non è consentito modificare le posizioni dei morsetti rispetto alla loro destinazione in relazione ai circuiti di alimentazione.

Se al posto della fase si collega la barra del neutro, c'è almeno il rischio di danneggiare il dispositivo stesso. Scambiare i due punti è estremamente difficile, ma in pratica può capitare.

Un'altra particolarità è la regolazione del modulo in base al circuito elettrico esistente in termini di corrente di interruzione di soglia.

Se invece la struttura non prevede opzioni di regolazione della corrente, è necessario selezionare correttamente il dispositivo in base alle caratteristiche tecniche e operative.

Infine, un dettaglio obbligatorio del collegamento è il test del dispositivo in modalità di erogazione dell'alimentazione al circuito di carico.

Questa funzione è semplice e richiede una sola azione: l'attivazione di un apposito pulsante, che è così contrassegnato sul corpo/nei documenti come «Test».

Conclusioni e video utili sull'argomento

Una spiegazione video chiara e comprensibile della selettività di funzionamento del dispositivo di protezione:

Il video mostra la pratica di collegamento in serie di un gruppo di dispositivi e l'effettiva azione degli apparecchi in situazioni di emergenza:

Spesso si incontrano discussioni riguardo alla semplicità di collegamento di un RCD alla rete elettrica di un'abitazione privata. Insieme a queste discussioni, spesso si consiglia di eseguire questo lavoro da sé. Il motivo è noto: il risparmio. Tuttavia, risparmiare sulla propria sicurezza non è la scelta migliore. Pertanto, tali operazioni di installazione di un dispositivo di protezione selettivo dovrebbero essere sempre eseguite da un elettricista professionista.

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