Scelta dell'interruttore automatico in base alla potenza del carico, alla sezione del cavo e alla corrente: principi e formule per i calcoli

Per organizzare un'alimentazione elettrica interna affidabile è necessario separare singoli rami. Ogni linea deve essere dotata di un proprio dispositivo di protezione che preservi l'isolamento del cavo dalla fusione. Tuttavia, non tutti sanno quale dispositivo acquistare. È d'accordo?

Tutto sulla scelta degli interruttori automatici in base alla potenza del carico lo scoprirà dall'articolo che Le presentiamo. Le spiegheremo come determinare il valore nominale per trovare l'interruttore della classe necessaria. Attenersi ai nostri consigli garantisce l'acquisto dei dispositivi richiesti, in grado di escludere situazioni pericolose durante l'uso del cablaggio.

Interruttori automatici per reti domestiche

Le società di fornitura elettrica effettuano il collegamento di case e appartamenti, eseguendo i lavori di posa del cavo fino al quadro di distribuzione. Tutte le attività di installazione dell'impianto elettrico all'interno dei locali sono eseguite dai proprietari o da specialisti assunti.

Per scegliere un interruttore automatico per la protezione di ogni singolo circuito è necessario conoscere il suo valore nominale, la classe e alcune altre caratteristiche.

Parametri principali e classificazione

Gli interruttori automatici domestici vengono installati all'ingresso di un circuito elettrico a bassa tensione e sono progettati per risolvere i seguenti compiti:

• accensione o spegnimento manuale o elettronico del circuito elettrico;
• protezione del circuito: interruzione della corrente in caso di lieve sovraccarico prolungato;
• protezione del circuito: interruzione istantanea della corrente in caso di cortocircuito.

Ogni interruttore ha una caratteristica espressa in ampere, chiamata corrente nominale (I_n) o “valore nominale”.

L'essenza di questo valore è più facile da comprendere utilizzando il coefficiente di superamento del valore nominale:

K = I / I_n,

dove I è l'intensità di corrente reale.

• K < 1.13: l'interruzione (lo sgancio) non avverrà entro 1 ora;
• K > 1.45: l'interruzione avverrà entro 1 ora.

Questi parametri sono fissati nel punto 8.6.2. del GOST R 50345-2010. Per sapere entro quanto tempo avverrà l'interruzione con K>1.45 è necessario utilizzare il grafico che riflette la caratteristica tempo-corrente del modello specifico di interruttore.

Se la corrente supera per un periodo prolungato il valore nominale dell'interruttore di 2 volte, l'apertura avverrà in un intervallo compreso tra 8 secondi e 4 minuti. La velocità di intervento dipende dall'impostazione del modello e dalla temperatura ambiente.

Inoltre, per ogni tipo di interruttore automatico è definito un intervallo di corrente (I_a) al quale scatta il meccanismo di sgancio istantaneo:

• classe “B”: I_a = (3 * I_n .. 5 * I_n];
• classe “C”: I_a = (5 * I_n .. 10 * I_n];
• classe “D”: I_a = (10 * I_n .. 20 * I_n].

I dispositivi di tipo “B” vengono utilizzati principalmente per linee di notevole lunghezza. Negli ambienti residenziali e negli uffici si usano interruttori di classe “C”, mentre gli apparecchi con marcatura “D” proteggono circuiti in cui sono presenti apparecchiature con un elevato coefficiente di corrente di spunto.

La gamma standard degli interruttori automatici domestici comprende dispositivi con correnti nominali di 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 e 63 A.

Struttura costruttiva degli sganciatori

In un moderno interruttore automatico sono presenti due tipi di sganciatori: termico ed elettromagnetico.

Lo sganciatore bimetallico ha la forma di una lamina costituita da due metalli conduttori con diversa dilatazione termica. Questa struttura, in caso di superamento prolungato del valore nominale, provoca il riscaldamento del componente, la sua flessione e l'attivazione del meccanismo di apertura del circuito.

In alcuni interruttori è possibile modificare i parametri di corrente di intervento tramite una vite di regolazione. In passato, questo metodo veniva spesso utilizzato per una “messa a punto” precisa del dispositivo, ma tale procedura richiede conoscenze specialistiche approfondite e l'esecuzione di diversi test.

Ruotando la vite di regolazione (evidenziata con un rettangolo rosso) in senso antiorario è possibile ottenere un tempo di intervento maggiore dello sganciatore termico

Attualmente sul mercato è possibile trovare numerosi modelli con correnti nominali standard di diversi produttori, le cui caratteristiche tempo-corrente differiscono leggermente (pur rispettando i requisiti normativi). Pertanto, è possibile selezionare un interruttore con le “impostazioni di fabbrica” desiderate, eliminando il rischio di una calibrazione errata.

Lo sganciatore elettromagnetico impedisce il surriscaldamento della linea in caso di cortocircuito. Reagisce quasi istantaneamente, ma il valore della corrente deve essere di molto superiore al valore nominale. Dal punto di vista costruttivo, questo componente è un solenoide. La sovracorrente genera un campo magnetico che sposta il nucleo, aprendo il circuito.

Rispetto dei principi di selettività

In presenza di un circuito elettrico ramificato, è possibile organizzare la protezione in modo che, in caso di cortocircuito, venga disconnesso solo il ramo in cui si è verificata la situazione di emergenza. A tale scopo si applica il principio di selettività degli interruttori.

Schema illustrativo che mostra il principio di funzionamento del sistema di interruttori automatici con funzione di selettività implementata in caso di cortocircuito.

Per garantire un'interruzione selettiva ai livelli inferiori, vengono installati interruttori automatici con sgancio istantaneo, che aprono il circuito in 0,02 – 0,2 secondi. L'interruttore posizionato al livello superiore ha un ritardo di intervento di 0,25 – 0,6 s oppure è realizzato secondo uno speciale schema “selettivo” in conformità con la norma DIN VDE 0641-21.

Per garantire il funzionamento selettivo degli interruttori automatici, è meglio utilizzare interruttori dello stesso produttore. Per gli interruttori di una stessa serie esistono tabelle di selettività che indicano le possibili combinazioni.

Semplicissime regole di installazione

Il tratto di circuito che deve essere protetto dall'interruttore può essere monofase o trifase, avere un neutro e anche un conduttore PE (“terra”). Pertanto, gli interruttori automatici hanno da 1 a 4 poli, a cui viene collegato il conduttore di corrente. Quando si creano le condizioni per lo sgancio, si verifica la disconnessione simultanea di tutti i contatti.

Gli interruttori automatici nel quadro elettrico vengono fissati su un'apposita guida DIN. Questa garantisce compattezza e sicurezza del collegamento, nonché un comodo accesso all'interruttore.

Gli interruttori automatici vengono installati come segue:

• monopolarì sulla fase;
• bipolari sulla fase e sul neutro;
• tripolari su 3 fasi;
• quadripolari su 3 fasi e sul neutro.

È vietato fare quanto segue:

• installare interruttori automatici monopolarì sul neutro;
• collegare il conduttore PE all'interruttore automatico;
• installare tre interruttori automatici monopolarì al posto di un tripolare, se nel circuito è collegato almeno un carico trifase.

Tutti questi requisiti sono prescritti nel PUE e devono essere rispettati.

In ogni casa o locale a cui è fornita elettricità, viene installato un interruttore automatico di ingresso. Il suo valore nominale è determinato dal fornitore e tale valore è specificato nel contratto di allaccio elettrico. Lo scopo di tale interruttore è proteggere il tratto dal trasformatore all'utenza.

Dopo l'interruttore generale di ingresso, alla linea si collega un contatore (monofase o trifase) e un dispositivo di protezione differenziale, le cui funzioni differiscono dal funzionamento dell'interruttore automatico e dell'interruttore differenziale.

Se nell'ambiente è realizzata una suddivisione in più circuiti, ognuno di essi viene protetto da un interruttore automatico separato, la cui potenza è indicata nella marcatura. I loro valori nominali e classi sono determinati dal proprietario dell'ambiente tenendo conto dell'impianto elettrico esistente o della potenza degli apparecchi collegati.

Il contatore elettrico e gli interruttori automatici vengono installati in un quadro di distribuzione che soddisfa tutti i requisiti di sicurezza e può essere facilmente integrato nell'arredamento dell'ambiente.

Nella scelta del luogo per posizionare il quadro di distribuzione, è necessario ricordare che le proprietà dello sganciatore termico sono influenzate dalla temperatura dell'aria. Pertanto è consigliabile posizionare la guida con gli interruttori automatici all'interno dell'ambiente stesso.

Calcolo del valore nominale necessario

La funzione protettiva principale dell'interruttore automatico si estende al cablaggio, pertanto la scelta del valore nominale viene effettuata in base alla sezione del cavo. Allo stesso tempo, l'intero circuito deve garantire il normale funzionamento degli apparecchi ad esso collegati. Il calcolo dei parametri del sistema non è complesso, ma è necessario tenere conto di molte sfumature per evitare errori e l'insorgere di problemi.

Determinazione della potenza totale dei consumatori

Uno dei parametri principali di un circuito elettrico è la potenza massima possibile dei consumatori di elettricità ad esso collegati. Nel calcolare questo indicatore non è possibile semplicemente sommare i dati di targa dei dispositivi.

Componente attiva e nominale

Per qualsiasi apparecchio funzionante a elettricità, il produttore è tenuto a indicare la potenza attiva (P). Questo valore determina la quantità di energia che verrà convertita irreversibilmente come risultato del funzionamento dell'apparecchio e per la quale l'utente pagherà in base al contatore.

Ma per gli apparecchi con condensatori o bobine di induttanza esiste un'altra potenza con valore non nullo, chiamata potenza reattiva (Q). Essa raggiunge il dispositivo e ritorna indietro quasi istantaneamente.

La componente reattiva non partecipa al calcolo dell'energia elettrica utilizzata, ma insieme a quella attiva forma la cosiddetta potenza “apparente” o “nominale” (S), che fornisce il carico al circuito.

cos(f) – parametro con il quale è possibile determinare la potenza apparente (nominale) a partire da quella attiva (consumata). Se non è uguale a uno, viene indicato nella documentazione tecnica dell'apparecchio elettrico.

Il contributo di un singolo dispositivo al carico totale sui conduttori e sull'interruttore automatico deve essere calcolato in base alla sua potenza apparente: S = P / cos(f).

Correnti di spunto elevate

Una caratteristica successiva di alcuni tipi di elettrodomestici è la presenza di trasformatori, motori elettrici o compressori. Tali dispositivi all'avvio assorbono una corrente di spunto (di avviamento).

Il suo valore può superare più volte i parametri standard, ma il tempo di funzionamento a potenza elevata è breve e di solito varia da 0,1 a 3 secondi. Un tale picco di breve durata non provocherà l'intervento dello sganciatore termico, ma potrebbe far scattare il componente elettromagnetico dell'interruttore, responsabile della sovracorrente di cortocircuito.

Questa situazione è particolarmente rilevante per le linee dedicate a cui si collegano apparecchiature come macchine per la lavorazione del legno. In questo caso è necessario calcolare l'amperaggio e, eventualmente, può avere senso utilizzare un interruttore automatico di classe “D”.

Considerazione del coefficiente di domanda

Per i circuiti a cui sono collegati molti apparecchi e senza un dispositivo che assorbe la maggior parte della corrente, si utilizza il coefficiente di domanda (ks). Il senso del suo impiego sta nel fatto che tutti gli apparecchi non funzioneranno contemporaneamente, quindi la somma delle potenze nominali porterà a un valore sovrastimato.

Il coefficiente di domanda per i gruppi di elettroconsumatori è stabilito nel punto 7 della SP 256.1325800.2016. Ci si può basare su questi valori anche nel calcolo autonomo della potenza massima.

Questo coefficiente può assumere un valore uguale o inferiore a uno. Il calcolo della potenza calcolata (P_r) di ogni apparecchio avviene secondo la formula:

P_r = ks * S

La potenza calcolata totale di tutti gli apparecchi viene utilizzata per calcolare i parametri del circuito. L'uso del coefficiente di domanda è appropriato per uffici e piccoli locali commerciali con molti computer, attrezzature per ufficio e altre apparecchiature alimentate da un unico circuito.

Per le linee con un numero ridotto di consumatori, questo coefficiente non viene applicato nella sua forma pura. Dal calcolo della potenza vengono rimossi quei dispositivi il cui funzionamento simultaneo con apparecchi più energivori è improbabile.

Così, ad esempio, ci sono poche probabilità di un funzionamento simultaneo in una stanza con un ferro da stiro e un aspirapolvere. Mentre per le officine con un numero ridotto di personale, si considerano solo 2-4 degli elettroutensili più potenti.

Calcolo dell'intensità di corrente

La scelta dell'interruttore viene effettuata in base al valore massimo di corrente ammissibile nel tratto di circuito. È necessario ottenere questo valore conoscendo la potenza totale degli elettroconsumatori e la tensione di rete.

Secondo il GOST 29322-2014, da ottobre 2015 il valore della tensione dovrebbe essere di 230 V per la rete normale e di 400 V per quella trifase. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, sono ancora in vigore i vecchi parametri: 220 e 380 V rispettivamente. Pertanto, per l'accuratezza dei calcoli, è necessario effettuare misurazioni con un voltmetro.

Misurare la tensione nella rete domestica si può fare con un voltmetro o un multimetro. Per farlo, è sufficiente inserire i suoi contatti nella presa.

Un altro problema, particolarmente rilevante per l'impianto elettrico nel settore residenziale, è la fornitura di energia elettrica con tensione insufficiente. Le misurazioni in tali siti problematici possono mostrare valori al di fuori dell'intervallo definito dal GOST.

Inoltre, a seconda del livello di consumo elettrico dei vicini, il valore della tensione può variare notevolmente in un breve periodo di tempo.

Ciò crea un problema non solo per il funzionamento degli apparecchi, ma anche per il calcolo della corrente elettrica. Con la caduta di tensione, alcuni dispositivi perdono semplicemente potenza, mentre altri, dotati di uno stabilizzatore di ingresso, aumentano il consumo di elettricità.

Eseguire calcoli accurati dei parametri necessari del circuito in tali condizioni è complesso. Pertanto, o si dovranno posare cavi con sezione volutamente maggiore (il che è costoso), oppure risolvere il problema installando uno stabilizzatore di ingresso o collegando l'abitazione a un'altra linea.

Lo stabilizzatore viene installato vicino al quadro di distribuzione. Spesso è l'unico modo per ottenere i valori normativi di tensione in casa.

Dopo aver individuato la potenza totale degli apparecchi elettrici (S) e accertato il valore della tensione (U), il calcolo dell'intensità di corrente (I) viene effettuato con le formule derivate dalla legge di Ohm:

I_f = S / U_f  per rete monofase

I_l = S / (1.73 * U_l) per rete trifase

Qui l'indice “f” indica i parametri di fase, mentre “l” quelli di linea.

La maggior parte dei dispositivi trifase utilizza il tipo di collegamento a stella, ed è proprio secondo questo schema che funziona il trasformatore che eroga corrente al consumatore. Con un carico simmetrico, l'intensità di linea e di fase sono identiche (I_l = I_f), mentre la tensione si calcola con la formula:

U_l = 1.73 * U_f

Sfumature nella scelta della sezione del cavo

La qualità e i parametri dei fili e dei cavi sono regolati dal GOST 31996-2012. Secondo questo documento, per i prodotti fabbricati vengono sviluppate specifiche tecniche (TU) che consentono un certo intervallo di valori delle caratteristiche di base. Il produttore è tenuto a fornire una tabella di corrispondenza tra la sezione dei conduttori e l'intensità di corrente massima sicura.

L'intensità di corrente massima ammissibile dipende dalla sezione dei conduttori e dal metodo di installazione. Essi possono essere posati in modo nascosto (nel muro) o in modo visibile (in tubo o canale).

È necessario scegliere il cavo in modo da garantire un flusso di corrente sicuro, corrispondente alla potenza totale calcolata degli apparecchi elettrici. Secondo il PUE (regole per l'installazione degli impianti elettrici), la sezione calcolata minima dei conduttori utilizzati in ambienti residenziali deve essere di almeno 1,5 mm².

Le dimensioni standard hanno i seguenti valori: 1,5; 2,5; 4; 6 e 10 mm².

A volte è opportuno utilizzare conduttori con una sezione di un gradino maggiore rispetto al minimo consentito. In questo caso, esiste la possibilità di collegare apparecchi aggiuntivi o sostituire quelli esistenti con altri più potenti senza costosi e lunghi lavori di posa di nuovi cavi.

Calcolo dei parametri dell'interruttore

Per qualsiasi circuito deve essere soddisfatta la seguente disuguaglianza:

I_n <= I_p / 1.45

Qui I_n è la corrente nominale dell'interruttore e I_p è la corrente ammissibile per il cablaggio. Questa regola garantisce lo sganciamento certo in caso di superamento prolungato del carico ammissibile.

La disuguaglianza “In <= Ip / 1.45” è la condizione fondamentale per la scelta della coppia “interruttore – cavo”. Trascurare questa regola può causare l'incendio del cablaggio.

Si può calcolare il valore nominale dell'interruttore sia in base al carico totale, sia in base alla sezione dei conduttori del cablaggio già installato. Supponiamo che esista uno schema di collegamento degli apparecchi elettrici, ma il cablaggio non sia ancora stato posato.

In questo caso, la sequenza delle operazioni è la seguente:

1. Calcolo della corrente totale degli apparecchi collegati alla rete.
2. Scelta di un interruttore con valore nominale non inferiore al valore calcolato.
3. Selezione della sezione del cavo in base al valore nominale dell'interruttore.

Esempio:

1. S = 4 kW; I = 4000 / 220 = 18 A;
2. I_n = 20 A;
3. I_p >= I_n * 1.45 = 29 A; D = 4 mm².

Se il cablaggio è già stato posato, la sequenza delle operazioni è diversa:

1. Determinazione della corrente ammissibile per una sezione e un metodo di posa noti, utilizzando la tabella fornita dal produttore.
2. Scelta dell'interruttore automatico.
3. Calcolo della potenza dei dispositivi da collegare. Composizione del gruppo di apparecchi in modo che il carico totale sul circuito sia inferiore al valore nominale.

Esempio. Supponiamo che siano stati posati due cavi unipolari a vista, D = 6 mm², quindi:

1. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1.45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7.0 kW.

Nel punto 2 dell'ultimo esempio si trova una piccola approssimazione consentita. Il valore esatto I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A è stato arrotondato a 32 A.

Scelta tra più valori nominali

A volte si verifica una situazione in cui è possibile scegliere più interruttori con diversi valori nominali per proteggere il circuito. Ad esempio, con una potenza totale degli apparecchi di 4 kW (18 A), è stato scelto un cablaggio con sezione dei conduttori in rame di 4 mm² con un margine. Per questa combinazione si possono installare interruttori da 20 e 25 A.

Se lo schema di distribuzione elettrica prevede una protezione a più livelli, è necessario scegliere gli interruttori in modo che il valore nominale di quello superiore (nella figura è a destra – 25 A) sia maggiore rispetto a quello degli interruttori di livello inferiore.

Il vantaggio di scegliere un interruttore con il valore nominale più alto è la possibilità di collegare ulteriori apparecchi senza modificare gli elementi del circuito. Di solito si procede in questo modo.

A favore della scelta di un interruttore con valore nominale inferiore gioca il fatto che il suo sganciatore termico reagirà più rapidamente a un aumento dell'intensità di corrente. Il problema è che alcuni apparecchi possono presentare un guasto che porta a un aumento del consumo energetico, ma non fino al valore di cortocircuito.

Ad esempio, il guasto del cuscinetto del motore di una lavatrice provoca un improvviso aumento della corrente nell'avvolgimento. Se l'interruttore reagisce prontamente al superamento dei valori consentiti e interviene, il motore non si brucia.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Costruzione dell'interruttore automatico e sua classificazione. Concetto di caratteristica tempo-corrente e scelta del valore nominale in base alla sezione del cavo:

Calcolo della potenza degli apparecchi e scelta dell'interruttore utilizzando le disposizioni del PUE:

La scelta dell'interruttore automatico deve essere affrontata con responsabilità, poiché da essa dipende la sicurezza del funzionamento dell'impianto elettrico domestico. Nonostante la molteplicità dei parametri in ingresso e le sfumature del calcolo, è necessario ricordare che la funzione protettiva principale dell'interruttore si estende al cablaggio.

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