Cos’è la Protezione contro Sovraccarichi Elettrici
Innanzitutto, la protezione contro sovraccarichi elettrici è un sistema di sicurezza fondamentale per qualsiasi impianto elettrico, sia civile che industriale. Un sovraccarico elettrico si verifica quando la corrente che scorre in un circuito supera il valore nominale per il quale il conduttore è dimensionato. Di solito, questa condizione si verifica quando si collegano troppi apparecchi sulla stessa linea o quando un dispositivo assorbe più corrente del previsto. In genere, la protezione contro i sovraccarichi elettrici si affida a dispositivi specifici come gli interruttori magnetotermici e i fusibili, che interrompono automaticamente il circuito quando la corrente supera la soglia di sicurezza.
Inoltre, è importante distinguere la protezione contro i sovraccarichi elettrici dalla protezione contro i cortocircuiti: mentre il sovraccarico è un aumento moderato ma prolungato della corrente, il cortocircuito è un aumento violento e istantaneo. Tipicamente, gli interruttori magnetotermici combinano entrambe le protezioni in un unico dispositivo, grazie alla presenza di una sganciatore termico (per i sovraccarichi) e uno magnetico (per i cortocircuiti). Pertanto, la normativa CEI 64-8 richiede che ogni circuito sia protetto contro entrambi i fenomeni.
Normativa CEI 64-8 per la Protezione contro Sovraccarichi Elettrici
La norma CEI 64-8, sezione 43, stabilisce i requisiti fondamentali per la protezione contro i sovraccarichi elettrici. In particolare, la norma richiede che ogni conduttore attivo (fase e neutro) sia protetto da un dispositivo in grado di interrompere la corrente di sovraccarico prima che questa possa provocare un riscaldamento eccessivo dei cavi. In aggiunta, il dispositivo di protezione deve rispettare due condizioni fondamentali: la corrente nominale del dispositivo (In) deve essere uguale o inferiore alla portata del cavo (Iz), e la corrente di intervento del dispositivo (I2) deve essere uguale o inferiore a 1,45 volte la portata del cavo.
Allo stesso tempo, la norma impone che il dispositivo di protezione sia installato all’inizio del circuito da proteggere, salvo deroghe specifiche per riduzioni di sezione o derivazioni protette. In genere, per gli impianti civili la protezione contro i sovraccarichi elettrici si realizza con interruttori magnetotermici installati nel quadro elettrico generale. Infine, la norma richiede che tutti i dispositivi di protezione siano chiaramente identificati e che il loro potere di interruzione sia adeguato alla corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione.
Interruttori Magnetotermici: Il Cuore della Protezione contro Sovraccarichi Elettrici
Gli interruttori magnetotermici rappresentano la soluzione più diffusa per la protezione contro i sovraccarichi elettrici negli impianti moderni. Questi dispositivi combinano due sistemi di sgancio: uno termico, basato su una lamina bimetallica che si deforma con il calore generato dalla corrente di sovraccarico, e uno magnetico, basato su un elettromagnete che scatta istantaneamente in caso di cortocircuito. Di solito, la parte termica ha un ritardo di intervento inversamente proporzionale alla corrente: più alta è la corrente, più rapido è lo sgancio.
Curve di Intervento degli Interruttori Magnetotermici
Innanzitutto, gli interruttori magnetotermici si distinguono per la loro curva di intervento, che determina la soglia di corrente alla quale interviene lo sgancio magnetico. In genere, le curve più comuni sono:
- Curva B: intervento magnetico tra 3 e 5 volte In. Adatta per circuiti prevalentemente resistivi (illuminazione, prese normali).
- Curva C: intervento magnetico tra 5 e 10 volte In. La più comune per impianti civili, adatta per carichi misti con moderati spunti all’avvio.
- Curva D: intervento magnetico tra 10 e 20 volte In. Adatta per carichi con elevati spunti di corrente (motori, trasformatori).
- Curva K e Z: usate per applicazioni specifiche come protezione di semiconduttori o cavi lunghi.
Pertanto, la scelta della curva dipende dal tipo di carico da proteggere. Per esempio, per un circuito di prese in un’abitazione si utilizza tipicamente un magnetotermico da 16A con curva C. In aggiunta, il potere di interruzione (Icu) deve essere adeguato alla corrente di cortocircuito presunta, che negli impianti civili è generalmente di 6kA o 10kA.
Come Scegliere il Magnetotermico Giusto
Per una corretta protezione contro i sovraccarichi elettrici, la scelta del magnetotermico deve seguire questi criteri:
- Corrente nominale (In): deve essere uguale o inferiore alla portata del cavo (Iz). Per un cavo da 2,5 mm² in posa tipica (portata circa 21A), si usa un magnetotermico da 16A.
- Numero di poli: unipolare (1P) per circuiti monofase, bipolare (2P) per proteggere fase e neutro, tripolare (3P) o tetrapolare (4P) per circuiti trifase.
- Curva di intervento: C per usi generali, D per motori, B per circuiti particolarmente sensibili.
- Potere di interruzione: almeno 6kA per impianti civili, 10-25kA per applicazioni industriali.
- Marchio CE e conformità: il dispositivo deve essere conforme alla norma CEI EN 60898 (per impianti civili) o CEI EN 60947-2 (per impianti industriali).
Fusibili: La Soluzione Classica per la Protezione contro i Sovraccarichi Elettrici
Nonostante l’ampia diffusione degli interruttori magnetotermici, i fusibili rappresentano ancora una soluzione valida per la protezione contro i sovraccarichi elettrici, specialmente in contesti industriali o come protezione di backup. Un fusibile è un dispositivo semplice ed economico che contiene un filamento o una lamina che si fonde quando la corrente supera un valore prestabilito, interrompendo il circuito. In aggiunta, i fusibili hanno il vantaggio di un potere di interruzione molto elevato (fino a 100kA o più) e di una risposta particolarmente rapida alle correnti di cortocircuito.
Tipologie di Fusibili
Innanzitutto, i fusibili si classificano in diverse categorie in base all’applicazione:
- Fusibili di tipo gG (uso generale): proteggono sia contro i sovraccarichi che contro i cortocircuiti. Sono i più comuni negli impianti civili e industriali.
- Fusibili di tipo aM (accompagnamento motore): proteggono solo contro i cortocircuiti, mentre la protezione contro i sovraccarichi si affida al relè termico del motor.
- Fusibili di tipo gR e gS: adatti per la protezione di semiconduttori e apparecchiature elettroniche sensibili.
Di solito, i fusibili si installano su portalinkabili o sezionatori porta-fusibili all’interno dei quadri elettrici. In genere, per gli impianti civili si utilizzano fusibili di tipo gG con correnti nominali standardizzate (10A, 16A, 25A, 32A, ecc.).
Differenza tra Sovraccarico e Cortocircuito
Per comprendere correttamente la protezione contro sovraccarichi elettrici, bisogna distinguere i due fenomeni che richiedono protezione. Il sovraccarico è una condizione in cui la corrente supera il valore nominale di progetto, ma rimane entro valori relativamente moderati (tipicamente fino a 10 volte la corrente nominale). Questa condizione provoca un riscaldamento progressivo dei conduttori e può danneggiare l’isolamento se protratta nel tempo.
Al contrario, il cortocircuito è una condizione in cui la corrente raggiunge valori elevatissimi (decine o centinaia di volte la corrente nominale) a causa di un contatto diretto tra fasi o tra fase e neutro/terra. In questo caso, il riscaldamento è violentissimo e l’interruzione deve avvenire in pochi millisecondi. Tipicamente, la protezione contro i sovraccarichi elettrici si affida allo sganciatore termico del magnetotermico, mentre il cortocircuito è gestito dallo sganciatore magnetico.
Dimensionamento delle Protezioni contro i Sovraccarichi Elettrici
Il corretto dimensionamento della protezione contro sovraccarichi elettrici è essenziale per garantire una efficace protezione contro i sovraccarichi elettrici. La procedura di dimensionamento segue questi passaggi:
- Calcolo della corrente di impiego (Ib): determinare la corrente assorbita dal carico. Per esempio, un forno da 3kW a 230V assorbe circa 13A.
- Scelta della sezione del cavo: in base a Ib, lunghezza del cavo, tipo di posa e fattori di correzione, si determina la sezione con portata (Iz) maggiore di Ib.
- Scelta del dispositivo di protezione: la corrente nominale In deve soddisfare: Ib ≤ In ≤ Iz, e la corrente di intervento I2 ≤ 1,45 × Iz.
- Verifica della caduta di tensione: la caduta di tensione nel cavo non deve superare il 4% della tensione nominale.
- Coordinamento selettivo: in caso di guasto, deve intervenire solo il dispositivo a monte del guasto, non quelli a valle.
In aggiunta, per impianti con più circuiti è fondamentale garantire il coordinamento tra le protezioni, in modo che in caso di sovraccarico su una derivazione intervenga solo il dispositivo di quella linea e non il generale.
Protezione contro i Sovraccarichi Elettrici negli Impianti Civili
Negli impianti elettrici civili, la protezione contro sovraccarichi elettrici segue regole precise stabilite dalla CEI 64-8. Ogni circuito va protetto individualmente. Di solito, un impianto civile tipo prevede:
- Circuito luce: magnetotermico 10A curva C, cavo 1,5 mm² (portata circa 16A in posa tipica).
- Circuito prese generali: magnetotermico 16A curva C, cavo 2,5 mm² (portata circa 21A).
- Circuito cucina: magnetotermico 20A curva C, cavo 4 mm² (portata circa 27A).
- Circuito lavanderia: magnetotermico 16A curva C, cavo 2,5 mm².
- Circuito climatizzazione: magnetotermico adeguato alla potenza, con curva D se necessario.
- Differenziale (salvavita): a monte o integrato, per la protezione contro i contatti indiretti.
Pertanto, ogni magnetotermico deve essere dimensionato in base alla sezione del cavo e alla lunghezza del circuito. Inoltre, la norma richiede che la corrente nominale del dispositivo non superi la portata del cavo, altrimenti il cavo potrebbe surriscaldarsi senza che il dispositivo intervenga.
Protezione contro i Sovraccarichi Elettrici negli Impianti Industriali
Negli impianti industriali, la protezione contro sovraccarichi elettrici presenta complessità maggiori a causa delle correnti elevate, dei carichi con spunti all’avvio e della presenza di armoniche. In questi contesti, oltre ai tradizionali magnetotermici e fusibili, si utilizzano anche relè termici, soft starter e avviatori statici che integrano la protezione. Tipicamente, per la protezione dei motori elettrici si utilizza un relè termico abbinato a un contattore e a un fusibile o magnetotermico per il cortocircuito.
Inoltre, negli impianti industriali è fondamentale garantire la selettività: in caso di guasto su una macchina, deve scattare solo il dispositivo che alimenta quella macchina, non il generale di stabilimento. Questo si ottiene coordinando le curve di intervento dei dispositivi in serie. Infine, la protezione contro i sovraccarichi elettrici negli impianti industriali deve considerare anche la presenza di correnti armoniche, che possono aumentare il riscaldamento dei conduttori e richiedere un dimensionamento maggiorato dei cavi (fattore K).
Domande Frequenti sulla Protezione contro i Sovraccarichi Elettrici
Qual è la differenza tra magnetotermico e salvavita?
Il magnetotermico protegge il circuito dai sovraccarichi e dai cortocircuiti, mentre il salvavita (interruttore differenziale) protegge le persone dai contatti indiretti rilevando le correnti di dispersione verso terra. In genere, nei quadri elettrici moderni i due dispositivi sono integrati in un unico apparecchio chiamato differenziale magnetotermico o salvavita con protezione sovraccarico.
Quando scatta un interruttore magnetotermico per sovraccarico?
Un magnetotermico scatta per sovraccarico quando la corrente che lo attraversa supera la sua corrente nominale (In) per un tempo sufficiente a far deformare la lamina bimetallica. Per esempio, un magnetotermico da 16A con un carico di 20A scatta in circa 10-20 secondi, mentre con 25A scatta in pochi secondi.
Posso sostituire un fusibile con un magnetotermico?
Sì, è possibile sostituire un fusibile con un magnetotermico di pari corrente nominale, purché il potere di interruzione del magnetotermico sia adeguato alla corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione. In aggiunta, il magnetotermico offre il vantaggio della riarmabilità senza sostituire componenti.
Quale cavo per quale magnetotermico?
Per un magnetotermico da 10A si utilizza cavo 1,5 mm², per 16A cavo 2,5 mm², per 20A cavo 4 mm², per 25A cavo 6 mm², per 32A cavo 6 mm² o 10 mm². Questi abbinamenti garantiscono che la portata del cavo sia sempre superiore alla corrente nominale del magnetotermico.
La protezione contro sovraccarichi elettrici è obbligatoria?
Sì, la protezione contro sovraccarichi elettrici è obbligatoria per legge. La norma CEI 64-8 e il D.M. 37/08 richiedono che tutti gli impianti elettrici siano dotati di dispositivi di protezione contro i sovraccarichi e i cortocircuiti (ovvero la protezione contro sovraccarichi elettrici). Un impianto senza protezioni adeguate è fuori norma e rappresenta un grave pericolo di incendio.
Conclusione sulla Protezione contro i Sovraccarichi Elettrici
In sintesi, la protezione contro sovraccarichi elettrici è un elemento imprescindibile di qualsiasi impianto elettrico a norma. La scelta tra interruttori magnetotermici e fusibili dipende dal tipo di applicazione, dalla corrente di cortocircuito presunta e dalle esigenze di selettività. Per gli impianti civili, i magnetotermici con curva C rappresentano la soluzione standard, mentre per le applicazioni industriali possono essere necessari fusibili ad alto potere di interruzione o combinazioni di relè termici e contattori.
Inoltre, un corretto dimensionamento delle protezioni, il rispetto delle norme CEI 64-8 e l’installazione a regola d’arte sono fondamentali per garantire la sicurezza dell’impianto e delle persone. Prima di progettare o modificare un impianto elettrico, affidati a un professionista abilitato che possa verificare il corretto dimensionamento di cavi e dispositivi di protezione. Ricorda che un impianto elettrico sicuro non è solo un obbligo di legge, ma una garanzia di protezione per la tua casa o la tua azienda.