La protezione differenziale

Cos'è il "salvavita"? Quel miracoloso congegno che ci hanno fatto credere (ma non è mai stato vero) sarebbe bastato da solo, installato con modica spesa subito a valle del contatore ENEL a resuscitare il nostro vecchio e frusto impianto elettrico, per quanto pieno di cavi penzoloni, prese fatiscenti, senza "terra" e renderlo affidabile e sicuro.
L'interruttore automatico salvavita è un interruttore differenziale a bassa corrente di intervento.
In particolare si è visto che una corrente di 0,03 A (30 milliampere) o inferiore non produce danni permanenti al corpo umano (se vi chiedete come e chi ha ottenuto questi risultati e cioè chi si è permesso di verificare l'effetto del passaggio della corrente su un corpo umano, osservandone gli effetti e ripetendo l'esperimento un numero statisticamente probante di volte... La risposta è: i medici nazisti durante la seconda guerra mondiale).
Pertanto un circuito protetto con un interruttore differenziale salvavita è "sicuro" anche nel caso che qualcuno venga a contatto diretto con un conduttore in tensione (uno solo, se li toccasse contemporaneamente tutti e due il salvavita non servirebbe più).
In realtà l'impianto elettrico può e deve essere realizzato in modo che anche in caso di guasto una persona non possa venire in contatto con parti in tensione.
Questo tipo di protezione prende il nome di "protezione dai contatti indiretti", cioè dalla possibilità che l'involucro metallico di un'apparecchiatura elettrica, a causa del guasto del suo isolante interno, venga in contatto con una parte in tensione e che quindi una persona, toccando questo involucro, possa "prendere la scossa".

In un impianto realizzato correttamente quando l'apparecchiatura elettrica va in "dispersione", cioè l'involucro viene in contatto con una parte interna in tensione, il conduttore di terra "chiude" il circuito elettrico verso terra e fa scattare l'interruttore differenziale.
In queste condizioni all'insorgere del guasto il circuito viene disalimentato, l'incidente viene evitato e non vi è alcun pericolo per le persone.
In un impianto ove non sia stato realizzato il collegamento "a terra" quando l'involucro viene in contatto con una parte interna in tensione, il circuito non si chiude e quindi non può scattare l'interruttore differenziale.
Quando però una persona tocca accidentalmente l'involucro esterno dell'apparecchiatura difettosa, il circuito si chiude attraverso il suo corpo.
A questo punto interviene l'interruttore differenziale  che quindi impedisce l'incidente grave (se è un salvavita da 0.03A) ma si ha comunque un passaggio di corrente attraverso il corpo umano.
Questa situazione è potenzialmente pericolosa, in quanto l'intervento della protezione avviene durante l'incidente.
 

Da ciò si capisce come il circuito in caso di guasto si deve chiudere sull’impianto di terra (che deve essere sempre presente) e la corrente di dispersione (quella cioè che dal conduttore attivo passa al conduttore di protezione) deve far intervenire l’interruttore differenziale senza che nessun essere umano debba subire un passaggio di corrente, seppure bassa.  

Interruttore automatico magnetotermico differenziale. Questo tipo di interruttore garantisce la protezione sia da sovraccarichi e cortocircuiti che dai contatti indiretti

Questo tipo di protezione si realizza con interruttori differenziali che intervengano per correnti differenziali tra i 0.3 e 0.5 A.

Interruttore magnetotermico differenziale compatto

 
La corrente di intervento del dispositivo differenziale deve essere tale da garantire che la “tensione di contatto” residua su un elemento guasto non superi i 50 Volt ( 25 nel caso di ambienti particolari quali locali ad uso medico, ambienti umidi, cantieri edili ecc.).  

Per ottenere ciò l’interruttore di protezione deve essere coordinato con la resistenza dell’impianto di terra.

In pratica sarà ( ambienti ordinari) necessaria una protezione differenziale che intervenga in meno di 5 secondi per correnti inferiori ai seguenti valori:  

Resistenza di terra Corrente di intervento
100 W Id 0.5 A
50W Id 1 A  

(occorre però tener presente che valori così alti della resistenza di terra sono spesso inaccettabili, essendo comunque normalmente richiesto un valore inferiore a 20  W)

Resistenza di terra Corrente di intervento
  20 W Id 2.5 A
10 W Id 5 A
5 W Id 10 A
2 W Id 25 A
1 W Id 50 A
0.5 W  Id 100 A  

Si vede quindi che per impianti ben realizzati e con resistenze di terra sufficientemente basse gli stessi interruttori magnetotermici potrebbero già realizzare una buona protezione.

Il limite è la curva di intervento delle protezioni magnetotermiche, spesso troppo lenta per poter utilizzare le stesse anche come protezioni verso i contatti indiretti.
Il valore della corrente di intervento su cui si può fare affidamento per un intervento istantaneo è infatti quello di sgancio "magnetico", che è normalmente dell'ordine di 10 volte In (interruttori con curva caratteristica C)

Negli impianti con propria cabina di trasformazione e distribuzione di tipo TN, dove al posto della resistenza di terra si deve considerare l’impedenza di guasto verso terra che può facilmente avere valori dell’ordine delle frazioni di W, la possibilità di utilizzare la protezione magnetotermica è invece spesso da valutare seriamente.  

Interruttore magnetotermico, può essere accoppiato al blocco differenzialeBlocco differenziale separato, da accoppiare ad interruttore magnetotermico

Pertanto il salvavita dovrà essere installato a protezione dei circuiti dove non è esclusa la possibilità di contatti diretti (ad esempio le prese a spina).

In pratica

·        Non si può rinunciare alla protezione dai contatti indiretti.

·        E’ bene proteggere con il “salvavita” da 0.03 A solo i circuiti che alimentino prese a spina o elementi le cui parti attive possano venire effettivamente in contatto con il corpo umano.

·        Tranne in casi particolari (e per le prese a spina), la protezione realizzata con differenziali da 0.5 A è più che sufficiente.

·        E’ sempre necessario verificare l’impianto di terra, perché anche se fosse lecito che il valore di terra fosse molto alto, a volte l’impianto non è affatto presente ovvero può non essere correttamente collegato a tutte le utenze.

Anche in piccoli impianti come ad esempio gli appartamenti di civile abitazione, può essere conveniente realizzare l'impianto con più protezioni in cascata.
In questo caso è bene assicurare una certa selettività di intervento degli interruttori, in modo che un guasto su un circuito faccia intervenire solo la protezione di quel circuito specifico e non l'interruttore generale.
La selettività di intervento tra le protezioni differenziali si ottiene solo installando apparecchiature costruite specificamente allo scopo.

In pratica:

·        Occorrerà installare a valle interruttori con sensibilità almeno 10 volte superiore rispetto all’interruttore a monte.

·        L’interruttore a monte dovrà essere del tipo ritardato.

Gli interruttori differenziali sono oggi disponibili nelle seguenti versioni:  
Classe AC    E’ il tipo normalmente utilizzato, dovrebbe garantire una certa tolleranza nei confronti dei disturbi induttivi in c.a. (scariche atmosferiche).
Classe A  E’ un apparecchio che garantisce le caratteristiche di funzionamento anche in presenza di componenti pulsanti a valori ben specificati e (in parte) in corrente continua, adatto ad essere installato a protezione di raddrizzatori (UPS).  
Classe AS  Come il classe A ma ritardato (sino a 0.2 sec) e quindi selettivo.
Classe B Adatto a funzionare in presenza di forti componenti in corrente continua , dovrebbe essere insensibile a tutti i disturbi che possono essere generati da un raddrizzatore (Non sono ancora esplicitamente indicate prove industriali di certificazione per questo tipo di interruttore, che è attualmente prodotto solo da SIEMENS)