Cos'è un interruttore differenziale: dispositivo, principio di funzionamento, tipi esistenti e marcatura dell'interruttore differenziale

Ogni rete elettrica dovrebbe disporre di un dispositivo di protezione, ma non tutti sanno cos'è un RCD e qual è il suo principio di funzionamento. La spiegazione dell'abbreviazione è la seguente: dispositivo di protezione differenziale.

Questo apparecchio elettrico a bassa tensione è progettato per disconnettere la sezione protetta del circuito quando si verifica una corrente differenziale superiore al valore nominale di questo dispositivo.

In questo articolo cercheremo di analizzare in dettaglio la struttura e il principio di funzionamento dell'RCD, di esaminare le varianti esistenti e di comprendere quali informazioni contiene la marcatura dei dispositivi di protezione differenziale.

Scopo del dispositivo di protezione

Il circuito di messa a terra dell'RCD è il conduttore PE delle carcasse neutre conduttrici o delle parti di meccanismi elettrici con una resistenza non superiore a 4 ohm.

In caso di corrente di dispersione, detti elementi dell'apparecchiatura possono essere sotto tensione, rappresentando un pericolo per la vita delle persone e degli animali al contatto, nonché per i beni in generale.

Salvare dalle scosse elettriche è la missione dei dispositivi di protezione. Quando rilevano una corrente di dispersione, disconnettono la tensione.

Il pericolo maggiore risiede nel fatto che tali anomalie nel circuito sono invisibili e raramente percepibili, quando toccando l'apparecchio si può avvertire una leggera scossa.

La causa principale di questo fenomeno è il danneggiamento dello strato isolante del cablaggio. I processi incontrollati possono causare gravi danni, pertanto le apparecchiature di protezione stanno diventando molto popolari in ambito domestico.

L'impatto delle reti conduttrici sul corpo umano può avere conseguenze disastrose. Questo problema è stato risolto con l'ausilio dei dispositivi di protezione differenziale RCD, appartenenti al segmento di protezione. I requisiti fondamentali per l'installazione e l'uso sono descritti nella IEC 60364

L'uso degli RCD ha ottenuto la massima diffusione nelle reti monofase con corrente alternata e messa a terra del neutro, nonché con tensioni fino a 1 kW nel formato dell'alimentazione domestica.

Esecuzione costruttiva dell'interruttore differenziale

Le caratteristiche facoltative del meccanismo di protezione aiuteranno a comprendere il principio di funzionamento dell'interruttore differenziale, ovvero la reazione dell'apparecchio a una corrente di dispersione.

Gli elementi operativi chiave sono:

• il trasformatore differenziale (sensore);
• l'organo di comando — il meccanismo che interrompe il circuito elettrico in caso di malfunzionamento;
• relè elettromagnetico;
• il blocco di controllo.

Al sensore sono collegate due bobine opposte: fase e neutro. In condizioni di funzionamento normale della rete, questi elementi producono flussi magnetici nel nucleo che hanno direzione opposta l'uno rispetto all'altro. Di conseguenza, il flusso magnetico totale è nullo.

Il trasformatore è costituito da un nucleo di acciaio chiuso su cui sono avvolte due bobine: quella primaria è collegata a una sorgente di corrente alternata, quella secondaria è collegata al carico. Per quante volte il trasformatore aumenta la tensione alternata, per altrettante riduce la corrente.

All'avvolgimento secondario, avvolto sul nucleo magnetico del trasformatore, è collegato un relè di tipo elettromagnetico. Se nella rete sono rispettate le condizioni operative standard, questo non viene attivato.

Quando si verifica una corrente di dispersione, tutto cambia radicalmente. I conduttori di fase e neutro iniziano a far passare quantità diverse di corrente. Ora il valore e la direzione dei flussi magnetici nel nucleo del trasformatore avranno anch'essi parametri diversi.

Nelle spire secondarie compare una corrente e, quando raggiunge i valori prestabiliti, si attiva il relè elettromagnetico. Questo è collegato in coppia con un meccanismo di sgancio. Questa combinazione reagisce al momento giusto e interrompe la rete elettrica.

Secondo i requisiti di sicurezza antincendio, i controlli di verifica del dispositivo di protezione differenziale devono essere effettuati regolarmente, almeno una volta al mese. A tale scopo, sull'apparecchio è presente un pulsante speciale «TEST»

Il nodo di test è rappresentato da un meccanismo di resistenza — un carico specifico collegato in bypass al sensore differenziale. Questo elemento simula una dispersione di corrente e quindi viene verificata la funzionalità dell'apparecchio. Abbiamo parlato più in dettaglio dei metodi di test in questo articolo.

Il principio di funzionamento dell'interruttore differenziale è il seguente: la corrente viene fornita dalla linea di fase a una resistenza di controllo e successivamente al conduttore di neutro, bypassando il sensore.

In questo modo si creano condizioni di valori di corrente differenti all'ingresso e all'uscita dell'apparecchio. Questo squilibrio dovrebbe attivare il meccanismo di disconnessione.

A seconda dei produttori, il dispositivo circuitale può variare, ma il principio utilizzato nel funzionamento dell'interruttore differenziale è identico per tutti i modelli.

Principio di attivazione del meccanismo di protezione

Vediamo a cosa serve l'interruttore differenziale. Il funzionamento del dispositivo di protezione si basa su un metodo di misura.

Vengono registrati i parametri di ingresso e uscita delle correnti che attraversano il trasformatore. Se il primo valore è maggiore del secondo, significa che si verifica una dispersione di corrente nel circuito elettrico e il dispositivo effettua lo spegnimento. Se i parametri sono identici, il dispositivo non interviene.

In un sistema a due fili, il dispositivo differenziale non interviene se attraverso i conduttori di fase e neutro passa una corrente della stessa intensità. Se c'è una differenza in questi valori, significa che c'è un guasto isolante nella rete e il meccanismo di protezione scollega il tratto danneggiato.

Per una migliore comprensione, vediamo come funziona l'interruttore differenziale in un quadro elettrico domestico con sistema bipolare.

Ai morsetti superiori è collegato un cavo bipolare di ingresso (fase e neutro). Ai morsetti inferiori sono collegati fase e neutro, instradati fino al carico, ad esempio alla presa di alimentazione di uno scaldabagno o di un bollitore elettrico. La messa a terra di protezione dell'apparecchio viene realizzata con un cavo che bypassa l'interruttore differenziale.

In condizioni di funzionamento standard, il movimento degli elettroni avviene lungo la linea di fase dal cavo di ingresso al riscaldatore elettrico dello scaldabagno/bollitore, passando attraverso il dispositivo di protezione differenziale. Al ritorno, si spostano verso terra sempre attraverso l'interruttore differenziale, ma lungo la linea di neutro.

Se una persona tocca il corpo di un apparecchio conduttore su cui, a causa di un guasto, è presente un potenziale, in questa situazione la corrente di dispersione passerà attraverso il corpo umano, e il dispositivo reagisce quasi istantaneamente, scollegando l'alimentazione.

Ad esempio, la resistenza dell'apparecchio ha subito un danno all'isolamento. Pertanto, attraverso l'acqua all'interno, la corrente verrà parzialmente condotta dal corpo, e poi si disperderà a terra tramite il cablaggio del dispositivo di protezione.

Il resto della corrente tornerà lungo la linea di neutro attraverso l'interruttore differenziale. Tuttavia, la sua intensità sarà inferiore rispetto all'ingresso dell'entità della dispersione.

La differenza dei valori viene calcolata dal trasformatore differenziale. Se il valore è superiore a quello consentito, il dispositivo reagisce immediatamente e interrompe il circuito.

In un altro nostro articolo abbiamo fornito raccomandazioni per la scelta e la corretta connessione del RCD per lo scaldabagno.

Opportunità dell'utilizzo dell'RCD

Vediamo a cosa serve l'interruttore differenziale e da quali fattori negativi il dispositivo fornisce protezione.

In primo luogo, il cortocircuito di fase verso il corpo degli apparecchi elettrici. Le zone problematiche sono principalmente le resistenze degli scaldabagni e delle lavatrici. Va notato che il guasto si verifica solo quando l'elemento riscaldante viene riscaldato dalla corrente.

Inoltre, in caso di collegamento errato dei cavi. Ad esempio, se si usano torsioni senza morsettiera che vengono successivamente incassate nel muro e coperte da uno strato d'intonaco. Poiché la superficie ha un'umidità elevata, questa torsione provocherà una dispersione di corrente verso il muro.

Il meccanismo di protezione differenziale in questo caso scollegherà continuamente la linea finché la parte non sarà completamente asciutta o finché il giunto non sarà stato rifatto.

La protezione automatica viene efficacemente utilizzata in ambito domestico: nei gruppi elettrici per bagno, cucina e prese con un gran numero di apparecchi alimentati. L'ideale è quando tali dispositivi sono installati su ogni gruppo di prese.

Il campo di applicazione degli apparecchi in esame è piuttosto vario — dagli edifici pubblici alle grandi aziende. Essi equipaggiano strutture e schemi elettrotecnici destinati alla ricezione e distribuzione: quadri elettrici negli edifici residenziali, sistemi di alimentazione per consumo individuale, ecc. La cosa principale in questo caso è scegliere correttamente il RCD in base alla potenza.

Tipi di apparecchi e loro classificazione

Le aziende produttrici dotano i loro prodotti di diverse funzionalità, che devono essere considerate per determinare il tipo di interruttore differenziale necessario, in base alle specifiche condizioni operative della rete elettrica.

Affinché un normale consumatore possa scegliere il dispositivo di protezione differenziale necessario tra la vasta gamma di modelli offerti, è stato creato un sistema di classificazione basato sulle seguenti caratteristiche:

• principio di funzionamento;
• tipo di corrente differenziale;
• ritardo del tempo di intervento della corrente differenziale;
• numero di poli;
• metodo di installazione.

Di seguito esamineremo ciascuna di queste classificazioni in dettaglio.

Classificazione #1 — per metodo di collegamento

Esistono solo due metodi di connessione: elettromeccanico ed elettronico. Nel primo caso, l'interruttore scollegherà l'alimentazione sulla linea danneggiata indipendentemente dalla tensione di rete. L'organo di lavoro principale è un nucleo toroidale con avvolgimenti.

In caso di dispersione, nel circuito secondario si genera una tensione per attivare il relè di polarizzazione, che porta all'attivazione del meccanismo di spegnimento.

Per i dispositivi di tipo elettromeccanico non è necessaria una tensione esterna. La sorgente del loro intervento è la corrente differenziale sulla linea danneggiata.

Il funzionamento di un apparecchio con componenti elettronici dipende completamente da una tensione aggiuntiva, cioè è necessaria un'alimentazione esterna. Qui l'organo di lavoro è una scheda elettronica con amplificatore.

All'interno di tale meccanismo non ci sono fonti aggiuntive che accumulano energia, quindi per il funzionamento del circuito viene utilizzata l'elettricità della rete esterna e, se non c'è tensione, il dispositivo non interromperà il circuito.

Determinazione del tipo di dispositivo: saldare due fili ai morsetti di una batteria stilo AA. Accendere l'interruttore differenziale e collegare un filo all'entrata del blocco di protezione e l'altro all'uscita. Le linee si collegano a un polo. Se il dispositivo si disconnette, significa che è di tipo elettromeccanico; altrimenti è elettronico.

Esempio di funzionamento di un RCD elettronico installato su una linea con una presa dalla quale è alimentato un forno a microonde: si è verificata un'interruzione della fase neutro; inoltre, nello stesso periodo, si è verificato un guasto nell'impianto elettrico del microonde e un cortocircuito della fase verso la custodia, ovvero su di essa compare un potenziale pericoloso.

Se si tocca il forno, il tipo di protezione elettronico non viene attivato perché non c'è rete di alimentazione. Proprio a causa della sua inaffidabilità rispetto all'equivalente elettromeccanico, questo dispositivo ha avuto una minore diffusione.

Classificazione #2 — per tipo di corrente di dispersione

Tutti i modelli di interruttori di sicurezza prodotti sono ulteriormente suddivisi in base alla corrente di carico che attraversa il dispositivo. Essi gestiscono tensioni di una specifica forma d'onda.

Sul corpo di tutti i dispositivi e nel libretto delle istruzioni è indicato il valore nominale della tensione di esercizio. Questo parametro deve corrispondere al range della corrente nominale dell'apparecchiatura elettrica.

Il tipo AC viene attivato al momento dell'insorgere improvviso di una tensione di dispersione alternata nel circuito controllato o al suo aumento graduale. Questi dispositivi sono contrassegnati dalla scritta «AC» o dal simbolo «~».

Il fattore di forma più adatto per l'uso domestico – RCD-AC. Questo modello è il più economico tra i dispositivi con funzionalità simili. Nel libretto delle istruzioni dell'apparecchiatura elettrica, i produttori spesso indicano il modello specifico di interruttore differenziale adatto a quel prodotto.

Il tipo A scatta al formarsi istantaneo di una corrente di dispersione alternata o pulsante nel circuito controllato, o al loro lento aumento.

Tale meccanismo può essere utilizzato in tutte le situazioni presentate. Sul corpo dell'interruttore è riportata l'abbreviazione «A» o un simbolo, come nell'immagine grafica all'interno del rettangolo. .

Il più delle volte, il tipo A viene collegato a un circuito in cui viene effettuata la regolazione del carico tagliando la parte superiore della sinusoide, ad esempio la correzione della velocità di rotazione di un motore tramite un convertitore a tiristori.

Il costo del modello A è di gran lunga superiore rispetto all'AC, poiché qui viene effettuato anche il controllo della tensione continua che si genera nell'elettronica di potenza dei convertitori.

Gli RCD del sottotipo B sono efficaci per produrre una reazione in un circuito elettrico sottoposto a corrente di dispersione continua, alternata o convertita (raddrizzata).

Si tratta di apparecchiature costose, destinate a siti di attività industriale. Non vengono utilizzate in ambito domestico.

I dispositivi di protezione differenziale presentati, di tipo A, B e AC, hanno un tempo di intervento di 0,02-0,03 s.

Classificazione #3 — per tipo di ritardo temporale

Questa classificazione prevede una differenziazione in due tipi: S e G. La protezione automatica di tipo S può essere caratterizzata da una reazione selettiva. Il ritardo di intervento è compreso nell'intervallo 0,15-0,5 s. È consigliabile sceglierlo in caso di collegamento di gruppo dei dispositivi differenziali.

Schema del quadro elettrico dell'appartamento con due gruppi di carico, dove sono collegati due diversi tipi di dispositivi di protezione: AC o A, e S

Secondo lo schema, nel quadro sono presenti due gruppi di carico sotto forma di prese n. 1 e n. 2, a cui è collegato un dispositivo differenziale di tipo A, mentre all'ingresso del locale è presente un secondo interruttore di tipo S.

Se si verifica un guasto in un fascio, il dispositivo di ingresso si attiva solo quando il dispositivo collettivo non ha eseguito la sua funzione e non ha scollegato la sezione difettosa.

La selettività dell'interruzione del circuito può essere ottenuta utilizzando un altro metodo – tramite le soglie di corrente di dispersione. Questo metodo è il più diffuso.

Schema del quadro elettrico dell'appartamento con due gruppi di carico, dove sono collegati due diversi tipi di dispositivi di protezione: AC con soglia di intervento, e un secondo A, ma con valore maggiore.

Prendiamo uno schema simile al precedente e lo modifichiamo in questo modo: scegliamo un interruttore automatico di gruppo di tipo AC, ma con una soglia di corrente differenziale di 0,03 A, mentre all'ingresso ci sarà un dispositivo analogo ma con 0,1 A.

Ci sono situazioni in cui la corrente differenziale nel circuito di guasto supera le soglie nominali dei due dispositivi di protezione. Per il primo schema la selettività non sarà compromessa, mentre nel secondo la corrente di intervento potrebbe attivare uno qualsiasi dei dispositivi collegati.

Il dispositivo di tipo G è anch'esso basato su un principio di intervento selettivo e ha un ritardo di 0,06-0,08 s. Tutti i tipi selettivi descritti sono progettati per resistere a correnti estreme – fino a 15 kA.

Alcuni modelli di dispositivi differenziali dispongono di un sistema di regolazione della soglia del differenziale, altri no. Tuttavia, per uso domestico è adatta la seconda versione.

La corrente di intervento è un parametro importante per la scelta, poiché è proprio grazie a questo che viene garantita la sicurezza.

Ad esempio, in ambienti ad alta umidità, l'alimentazione degli elettrodomestici avviene collegando al circuito dispositivi di interruzione con soglia di 0,01 A. Per condizioni domestiche standard – 0,03 A.

Per la sicurezza antincendio degli edifici – 0,1-0,3 A. Le consigliamo di consultare i suggerimenti per la scelta del RCD antincendio e le sfumature della sua installazione.

Classificazione #4 — per numero di poli

Poiché il dispositivo automatico funziona secondo il principio del confronto delle correnti che lo attraversano, il numero di poli dell'interruttore sarà identico al numero di linee conduttrici.

L'interruttore differenziale bipolare è indicato come 2P. Viene inserito in uno schema monofase per garantire la protezione delle persone e prevenire possibili cause di incendio.

La marcatura degli interruttori differenziali quadripolari è 4P. Sono progettati per funzionare in una rete trifase. È anche possibile una combinazione di installazione, ad esempio un dispositivo a quattro poli inserito in una rete bipolare.

Tuttavia, in questo caso non verrà sfruttato tutto il potenziale del dispositivo, risultando economicamente svantaggioso.

Quando si installa un interruttore di protezione, è necessario considerare la possibilità che la corrente di carico superi i valori massimi di funzionamento del dispositivo. Pertanto, viene installato anche un interruttore automatico con tensione nominale non superiore alla corrente di esercizio del sistema di sicurezza

Classificazione #5 — per metodo di installazione dell'apparecchio

Poiché i dispositivi di protezione differenziale sono realizzati in diversi involucri, possono essere utilizzati come fissi o portatili.

Nel secondo caso, l'apparecchio è dotato di un cavo di prolunga. I dispositivi che si fissano su guida DIN, vengono montati in un quadro elettrico, che si trova o nel corridoio o nell'appartamento.

Ci sono anche varianti di esecuzione del tipo RCD-presa e RCD-spina. In entrambi i casi, qualsiasi apparecchio elettrico collegato tramite tale meccanismo non rappresenta un pericolo per la persona in caso di guasto.

Spiegazione completa dei valori di marcatura

Sul corpo del dispositivo è obbligatoriamente presente il nome dell'azienda produttrice. Segue una marcatura standardizzata con l'indicazione del numero di serie.

Per decodificare l'abbreviazione utilizzeremo questo esempio [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – dispositivo di protezione differenziale;
• [X] – formato di esecuzione;
• 00 – designazioni numeriche o alfanumeriche della serie;
• [X] – numero di poli: 2 o 4;
• [XX] – caratteristiche in base al tipo di corrente di dispersione: CA, A e B.

Inoltre, qui saranno indicati anche i parametri nominali del dispositivo, a cui è necessario prestare particolare attenzione nella scelta.

Decodifica dell'abbreviazione: 1 – marchio; 2 – tipo di dispositivo; 3 – tipo selettivo; 4 – conformità agli standard europei; 5 – corrente nominale di funzionamento e soglia; 6 – tensione nominale di funzionamento alternata massima; 7 – corrente nominale che il dispositivo può sopportare; 8 – capacità di inserzione e disinserzione differenziale; 9 – schema elettrico; 10 – verifica manuale del funzionamento; 11 – marcatura della posizione dell'interruttore

I parametri massimi per i quali i dispositivi sono progettati includono: tensione Un, corrente In, valore differenziale della corrente di interruzione del circuito IΔn, capacità di inserzione e disinserzione Im, potere di interruzione in caso di cortocircuito Icn.

I valori di marcatura principali devono essere posizionati in modo da rimanere visibili dopo l'installazione dell'apparecchio. Alcuni parametri possono essere applicati sul lato o sul pannello posteriore, visibili solo prima del montaggio del prodotto.

Le uscite destinate esclusivamente al collegamento del conduttore neutro sono contrassegnate dal simbolo latino «N». La modalità disattivata dell'RCD è indicata dal simbolo «O» (cerchio), mentre quella attivata è indicata da una breve barra verticale «I».

Non su tutti i prodotti sono riportati i valori ottimali della temperatura ambiente. In quei modelli in cui è presente il simbolo — significa che l'intervallo di funzionamento va da -25 a +40 °C; se non ci sono indicazioni, si intendono i valori standard da -5 a +40 °C.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Materiale video con una rassegna dettagliata di tutti gli elementi costitutivi dei meccanismi di protezione, del loro scopo e del principio di interazione reciproca:

Descrizione di tutti i tipi di interruttori automatici di protezione, nonché consigli su come fare la scelta giusta:

Risposta all'eterna domanda: su cosa fermare la scelta – su un interruttore differenziale o su un RCD + segreti di montaggio:

L'uso dell'RCD è una soluzione vantaggiosa e corretta non solo dal punto di vista economico, ma anche per quanto riguarda la sicurezza antincendio e la protezione delle persone.

Si consiglia di sfruttare al massimo il suo potenziale in ambito domestico, installandolo su tutti i gruppi di apparecchi elettrici per garantire un completo isolamento dagli effetti dell'elettricità.

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