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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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