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Correnti di dispersione ed interruttori differenziali

Articolo n° 36 su 36 del corso "DR plus". Vai all'indice del corso.

Paragrafi dell'articolo:

Premessa

Sono numerose le domande che arrivano su interventi "inspiegabili dei differenziali". Ovviamente non è possibile darne un'interpretazione generale, tanto più che spesso sono spiegabilissimi in quanto il differenziale fa il suo dovere. Uno dei motivi di un intervento inaspettato (o intempestivo) può essere l'eccessiva corrente di dispersione. Questo focus cerca di chiarirne il concetto.

Correnti di dispersione

Corrente di dispersione è quella che fluisce attraverso l'isolamento. Ogni isolante reale infatti ha una resistenza finita. Fissare dunque i limiti massimi per la corrente di dispersione equivale a fissare i limiti minimi della resistenza di isolamento. Ciò almeno finché si possono trascurare le correnti capacitive dell'impianto che aumentano con l'estensione e la frequenza. La frequenza di riferimento è ad ogni modo quella di 50 Hz. La misura della resistenza di isolamento si fa applicando una tensione continua di 500 V per un tempo variabile fino ad un minuto.

Le correnti di dispersione possono creare problemi di continuità del servizio in circuiti protetti da interruttori differenziali. Poiché l'interruttore differenziale non interviene se la corrente differenziale è minore del 50% della corrente nominale, si è stabilito che la somma delle correnti di dispersione degli apparecchi protetti da un interruttore differenziale non deve superare il 40% della corrente nominale. Si considera la somma aritmetica su tutte le fasi. Se si supera il valore prefissato le alternative sono sostanzialmente due. O si aumenta il valore della corrente differenziale nominale o si suddividono gli apparecchi in più circuiti ciascuno protetto da differenziale in modo che la condizione sia soddisfatta. Un'ulteriore possibilità consiste nel diminuire il valore delle correnti di dispersione alimentando gli apparecchi, in particolare quelli che presentano le maggiori correnti di dispersione, tramite un trasformatore.

A grandi linee si può dire che il 90% degli elettrodomestici ha correnti di dispersione inferiori a 0,5 mA. Un computer con le sue più comuni periferiche, per ragioni funzionali ha correnti di dispersione più elevate, dell'ordine di qualche mA. Quando ad uno stesso differenziale da 30 mA sono collegati più di cinque stazioni di lavoro con PC comincia ad essere probabile un intervento "intempestivo" del differenziale, anche se, definirlo intempestivo non è corretto. Il differenziale infatti intervenendo fa ciò per cui è stato progettato. Intempestivo è un intervento per una corrente inferiore a quella dichiarata come di sicuro non intervento, oppure per correnti impulsive anche elevate ma non pericolose per la loro breve durata quali quelle dovute a sovratensioni di origine atmosferica. Ma per quest'ultimo inconveniente i provvedimenti da prendere sono diversi e consistono nello scegliere differenziali di tipo adeguato. I costruttori adottano per lo scopo varie soluzioni. I valori "normali" delle correnti di dispersione sono stati concordati in sede IEC per gli apparecchi di classe I, sono riportati nella seguente tabella. Per gli apparecchi di classe II la corrente di dispersione non dovrebbe superare 0,25 mA.

Per quanto riguarda le correnti di dispersione del solo impianto in genere si riscontrano correnti inferiori ai 0,5mA in circa il 60% delle abitazioni civili e nelle attività artigianali in ambienti normali. In ambienti particolari (agricoli ad esempio) le correnti di dispersioni sono più elevate e solo il 25% ha valori inferiori od uguali ai 0,5 mA.

Tipo

Corrente nominale

Massima corrente di dispersione

Apparecchi con spina

( In<= 32 A)

In<= 4 A

2 mA

4 A< In<= 10 A

0,5 mA/A

In> 10 A

5 mA

  • Apparecchi con spina ( In > 32 A)
  • Apparecchi ad installazione fissa

In<= 7 A

3,5 mA

7 A < In<= 20 A

0,5 mA/A

In> 20 A

10 mA

Tab. 1 - IEC 61140
"Protection against electric shock-Common aspects for installation and equipment"

Domande

Ecco una sintesi  di alcune discussioni  del forum o di domande giunte in redazione. Per quanto riguarda il forum segnaliamo, in questo campo, l'esperienza e la conoscenza del moderatore "6367" molto disponibile a rispondere su questi temi.

1

Se una macchina produce necessariamente correnti di dispersione che fanno intervenire i differenziali che cosa bisogna fare?

Innanzitutto il costruttore della macchina deve indicare tra le caratteristiche sia l'entità delle eventuali correnti di dispersione, sia la loro frequenza. Se la macchina è installata in un sistema TN la presenza dei differenziali non è necessaria in quanto, come noto, un guasto a massa è in pratica un cortocircuito e la protezione dai contatti indiretti può essere affidata a interruttori magnetotermici che intervengano, nel caso di sistema con tensione verso terra di 230 V, nel tempo di 0,4 secondi. Nel caso l'impedenza dell'anello di guasto fosse però troppo alta ed impedisse di ottenere una corrente sufficientemente elevata da impedire l'intervento del magnetotermico nel tempo richiesto, invece di ricorrere all'installazione di un differenziale, si può ricorrere a collegamenti equipotenziali supplementari, cioè collegamenti della massa della macchina alle masse estranee nel punto più vicino possibile in modo da ridurre al massimo la tensione di contatto che risulta essere la sola caduta su quel tratto di conduttore equipotenziale. Nei sistemi TT si può adottare la separazione elettrica, ma se fosse comunque necessario ricorrere ad interruttori differenziali perché è impossibile rispettare le esigenze imposte dalla separazione elettrica (eccessiva estensione dell'impianto necessario all'alimentazione ed al funzionamento della macchina), si deve ricorrere a differenziali particolari dotati di un filtro in parallelo che li rende insensibili alle correnti di frequenza superiore ai 50 Hz ed aventi soglie di interruzioni tarabili a valori superiore ad 1 A.

2

Si possono usare i differenziali nei sistemi TN?

La risposta è sì, ovviamente. Però non bisogna farne un uso indiscriminato. L'installazione dei differenziali nei TN dovrebbe essere fatta quando non è possibile abbassare adeguatamente l'impedenza dell'anello di guasto Zs del circuito in modo da soddisfare la relazione Ia<=U0/Zs con U0 tensione verso terra ed Ia corrente di intervento del magnetotermico entro 0,4 s se U0=230 V. Ciò si verifica con maggiori probabilità per i circuiti terminali. C’è chi tende ad installare il blocco differenziale tarabile anche per l’interruttore generale di bassa tensione di un trasformatore di potenza in una cabina MT/BT. La cosa non è proibita ma è del tutto ingiustificata e, oltre che essere inutile, è abbastanza costosa. L'uso indiscriminato potrebbe essere controproducente per la sicurezza in quanto le possibili correnti di dispersione di un impianto industriale potrebbero produrre eccessivi interventi, tanto da indurre l'operatore ad escludere la protezione differenziale. Un buon progettista deve tenere presente che le misure di protezione devono essere compatibili con la realtà operativa.

3
In fase di spunto di un grosso motore scatta il differenziale. Che dispersioni possono esserci?

In questo caso non si tratta di dispersioni. Il fatto è che le elevate correnti di spunto possono non essere perfettamente bilanciate sulle tre fasi. Il differenziale rileva questo squilibrio e scatta. All’inconveniente si può ovviare ritardando l’intervento del differenziale in fase di avviamento del motore.

4
Spesso la mattina presto il differenziale del mio appartamento interviene. Quali dispersioni possono esserci?

E’ un quesito che è giunto spesso. Le cause per interventi intempestivi sono molteplici ed è difficile individuarne una precisa. In generale essi sono dovuti a sovratensioni che si hanno nella linea di alimentazione del distributore in seguito a manovre. Nel caso specifico potrebbe essere l’inserzione della batteria di condensatori nella cabina MT/BT dell’ente distributore. L’inserzione provoca sovratensioni con correnti capacitive verso terra che possono essere superiori alla corrente nominale di intervento del differenziale. In questi casi il rimedio è in pratica solo quello di sostituire il differenziale con un altro tipo, insensibile ai disturbi.

 (AP-R di ABB, SI di Merlin Gerin, HPI di BTicino, etc). Mettere un differenziale altamente resistente ai disturbi non ha controindicazioni (se non economiche), anzi sarebbe meglio usare solo quelli, senza aspettare che si abbiano scattiintempestivi.

5
Per i differenziali ritardati in un sistema TT  qual è il criterio per stabilire il ritardo?

Sui circuiti di distribuzione è ammesso un ritardo di 1 secondo per permettere la selettività con i differenziali a valle. Nei circuiti terminali invece perché il ritardo sia accettabile occorre che la curva di intervento del differenziale non superi la curva di sicurezza tensione-tempo. Un secondo di ritardo non è in tal caso accettabile. Occorre installare differenziali di tipo S che hanno ritardi compatibili con la curva di sicurezza.

6
Può succedereche in un impianto ci sia una corrente di dispersione superiore a quella di intervento del differenziale senza che questo intervenga?

Prescindendo dall'ovvia risposta affermativa che riguarda il caso di un guasto al differenziale (cosa possibile per ogni dispositivo: per questo si deve controllare regolarmente il corretto funzionamento del differenziale premendo l'apposito tasto), c'è da osservare che quanto detto potrebbe succedere in impianti vasti con più differenziali a protezione delle singole derivazioni. Infatti le normali correnti di dispersione delle singole derivazioni che, singolarmente, hanno un valore inferiore alla soglia di intervento della relativa protezione, potrebbero, sommandosi, dar luogo ad una corrente diffferenziale maggiore della più grande delle correnti differenziali di intervento dei diversi interruttori, in base alla quale è dimensionato l'impianto di terra. Sull'impianto di terra ci potrebbe allora essere una tensione superiore a quella di sicurezza, senza che alcun differenziale intervenga. La probabilitàdi un tale evento è però ritenuta trascurabile dalle norme, anche perché un impianto vasto è in genere trifase e le correnti di dispersione, distribuite sulle tre fasi, si sommano vettorialmente e non aritmeticamente.

 

7

Commenti e note

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di ,

Ok chiedo scusa

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di ,

Questo è uno spazio per commenti relativi ai contenuti dell'articolo. Le domande di come la tua, Matteo80, si fanno nel forum

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di ,

Interessante articolo.Mi presento mi chiamo Matteo.Vorrei chiedervi io ho un problema dove ho la caldaia elettrica quando si guasta va su la pressione dell'acqua e il tecnico mi dice sempre che c'è una "Dispersione di corrente" con un semplice tester posizionato su "AC" potrei riuscire a trovarla penso ma il problema come si risolverebbe anche se la trovo? Da come so dipende anche dal'isolamento.Potrebbe essere nel impianto elettrico dentro la caldaia? Vi ringrazio per la risposta

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di Antonio,

In un ifficio con un impianto elettrico diviso in 12 circuiti protetti da differenziali 0,03 ma, saltuariamente troviamo dei circuiti aperti. Al riarmo si ripristinano e la cosa si ripete in maniera casuale sia per diversità di tempo che numero di interventi. Che misure posso fare per capire il possibile guasto? Grazie

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di ,

Sì, Michele, se si possono trascurare le correnti capacitive, cioè fino a che la reattanza capacitiva d'esercizio è molto maggiore della resistenza di isolamento. Le correnti capacitive diventano non trascurabili in impianti estesi.

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di Michele,

Buongiorno, mi spiego usando un esempio, in un sistema TT si ha un carico monofase a valle di un interruttore differenziale, usando un misuratore di isolamento regolato a 250Vdc si misura la resistenza di isolamento verso terra; è corretto usare la legge di ohm e quindi calcolare I di dispersione del carico facendo 230V (tensione tre fase e terra) / R (resistenza di isolamento del carico)? Altrimenti quale procedimento è possibile usare per risalire con precisione alla corrente di dispersione di un carico. Grazie

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di Ric,

Anche in fase di spunto la somma vettoriale delle correnti è nulla e dunque il differenziale non dovrebbe intervenire.

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