Quali sono gli effetti della corrente sul corpo umano?

L’elettricità è la linfa vitale della civiltà moderna, alimenta le nostre case, alimenta le nostre industrie e guida l’innovazione tecnologica. Tuttavia, insieme alla sua indispensabile utilità, c’è il rischio sempre presente di scosse elettriche, un fenomeno spesso sottostimato con profonde implicazioni per la salute e la sicurezza umana. In questo articolo vediamo quali sono i principali effetti che si hanno sul corpo umano quando attraversato da corrente.

A cosa serve conoscere gli effetti della corrente sul corpo umano?

La conoscenza degli effetti della corrente sugli esseri umani è il fulcro per promuovere la sicurezza, guidare i progressi tecnologici, garantire la conformità normativa e consentire sia ai professionisti che agli utenti in generale di navigare in modo responsabile nel panorama elettrificato del nostro mondo moderno.

Comprendere gli effetti della corrente elettrica sugli esseri umani è fondamentale per diversi motivi:

  • Problemi di sicurezza. La conoscenza degli effetti della corrente sul corpo umano è fondamentale per garantire la sicurezza delle persone sia in ambito domestico che industriale. L’esposizione accidentale alle correnti elettriche può causare lesioni o morte e la consapevolezza dei potenziali rischi aiuta ad attuare misure preventive e a creare ambienti più sicuri.
  • Progettazione e ingegneria elettrica. Ingegneri e progettisti che lavorano su sistemi elettrici devono comprendere come le correnti elettriche interagiscono con il corpo umano. Questa comprensione è essenziale per progettare prodotti, elettrodomestici e infrastrutture che diano priorità alla sicurezza degli utenti, rispettino le normative e riducano al minimo il rischio di incidenti elettrici.
  • Applicazioni mediche. In campo medico diverse tecniche diagnostiche e terapeutiche prevedono l’applicazione controllata di correnti elettriche al corpo umano. La conoscenza di questi effetti è fondamentale per i professionisti medici per garantire l’efficacia e la sicurezza di trattamenti come la terapia elettroconvulsivante (ECT) o la stimolazione nervosa elettrica transcutanea (TENS).
  • Progresso tecnologico. Man mano che la tecnologia continua ad evolversi, innovazioni come dispositivi indossabili, impianti e protesi elettroniche diventano più diffuse. Comprendere l’impatto delle correnti elettriche sul corpo umano è essenziale per sviluppare e migliorare queste tecnologie, garantendo che si integrino perfettamente con la nostra fisiologia senza causare danni.
  • Conformità normativa. I governi e gli organismi di regolamentazione stabiliscono standard di sicurezza e linee guida per sistemi e dispositivi elettrici. Una comprensione completa degli effetti della corrente sugli esseri umani è essenziale per sviluppare e far rispettare queste normative, promuovendo una cultura di conformità e responsabilità nella progettazione e nel funzionamento dei sistemi elettrici.

Cosa accade se il corpo umano entra in contatto con parti in tensione?

Se il corpo umano entra in contatto con parti a tensione differente, tale differenza di potenziale porta alla generazione di un flusso di corrente che trova, come resistenza, l’impedenza costituita dal corpo.

Teniamo presente che il flusso di corrente può generarsi se si entra in contatto con solo una parte in tensione poiché può sempre crearsi una differenza di potenziale qualora non siamo adeguatamente isolati dal suolo. In questo caso la parte con cui siamo in contatto diviene quella a potenziale maggiore ed il contatto con il suolo quella a potenziale (circa) nullo. In tale situazione si è creato un circuito dove il flusso di corrente avviene attraverso un mezzo conduttivo rappresentato dal corpo umano.

Come qualsiasi mezzo conduttivo, il corpo umano diventa soggetto al passaggio di corrente che, esattamente come avviene per un cavo elettrico o per un componente, ne risente l’effetto. Il corpo umano però non è solo un mezzo conduttivo ma è l’insieme di organi, muscoli, fibre, tessuti e cellule che funzionano in sincronia gli uni con gli altri attraverso reazioni biochimiche ed elettriche in una complessa sinergia ed equilibrio. Il passaggio di corrente attraverso il corpo umano causato dal contatto con parti a tensioni diverse è chiamato elettrocuzione. In caso di elettrocuzione, il passaggio di corrente provoca una alterazione nel regolare funzionamento del corpo umano il cui equilibrio può risultarne compromesso temporaneamente oppure in maniera irrimediabile.

Nel caso il corpo umano sia attraversato da corrente elettrica, gli effetti dell’elettrocuzione possono essere distinti in due classi:

  1. Alterazione del funzionamento degli organi vitali;
  2. Ustione dei tessuti.

La gravità delle conseguenze dell’elettrocuzione dipende da diversi fattori. Nelle sezioni successive analizzeremo in maniera approfondita gli effetti dell’elettrocuzione ed i fattori che incidono sulla gravità del danno che si può generare.

Effetti della corrente elettrica sul corpo umano

La funzionalità del corpo umano è strettamente legata a quella dei segnali (bio)elettrici che governano l’organismo. Nel caso in cui il corpo sia attraversato da corrente elettrica tali segnali vengono perturbati e, oltre un certo livello, questa perturbazione può essere dannosa per l’organismo ed avere effetti pericolosi.

I principali effetti della corrente sul corpo umano sono:

  1. Percezione: a seconda della superficie di contatto, delle condizioni (asciutte/bagnate/temperatura) e delle caratteristiche delle persona, si ha la sensazione di attraversamento della corrente
  2. Reazione: contrazione involontaria dei muscoli senza effetti fisiologici per il corpo
  3. Immobilizzazione (tetanizzazione): a seconda del livello di corrente, del muscolo, dei nervi e dell’area celebrale interessata, si ha una contrazione dei muscoli che non può essere controllata volontariamente
  4. Rilascio: è quella condizione in cui, a seconda della superficie di contatto e delle caratteristiche della persona, è tuttavia possibile rilasciare il contatto con la parte in tensione
  5. Fibrillazione ventricolare: a seconda dei parametri fisiologici della persona che entra in contatto con la parte in tensione e di parametri elettrici come la durata ed il percorso della corrente, si generano delle contrazioni rapide ed irregolari dei ventricoli ovvero la cosiddetta fibrillazione ventricolare
  6. Ustioni e/o bruciature: per correnti piuttosto alte in intensità possono verificarsi ustioni e danni degli organi interni:
  7. Disturbi respiratori: la corrente può portare a disturbi nel controllo dei muscoli respiratori ed eventualmente anche il blocco respiratorio per paralisi dei muscoli respiratori, danni nei percorsi di attivazione neurale di tali muscoli o danno celebrale nella zona dell’encefalo che comanda tali muscoli.
  8. Elettroporazione: fenomeno non correlato direttamente ad intensità, durata e percorso della corrente che porta a lesioni a livello cellulare. La corrente può indurre la creazione di pori a livello delle membrane cellulari che possono portare a lesione ed eventuale necrosi dei tessuti.

Impedenza elettrica del corpo umano

Quando una parte del corpo umano entra in contatto con una parte in tensione, la differenza di potenziale (ad esempio tra il punto di contatto ed il suolo) porta ad un flusso di corrente. In tale circuito, secondo la legge di Ohm, i valori di tensione e corrente sono correlati attraverso il valore dell’impedenza elettrica del corpo umano. Tale impedenza non è costante ma dipende da diversi fattori.

I fattori principali che influenzano il valore di impedenza elettrica del corpo umano sono:

  • percorso della corrente che attraversa il corpo;
  • valore della tensione di contatto;
  • durata e frequenza della corrente;
  • umidità della pelle;
  • area di contatto;
  • pressione esercitata;
  • temperatura.

L’impedenza elettrica del corpo umano ha una componente resistiva ed una componente capacitiva. In termini elettrici, l’impedenza del corpo umano viene rappresentata tramite lo schema semplificato mostrato di seguito.

Schema elettrico semplificato del corpo umano

Dove:

Zs: impedenza della pelle

Zi: impedenza interna

ZT: impedenza totale

Impedenza della pelle

La pelle è costituita da uno strato semi-isolante e da una piccola parte conduttiva costituita dai pori. L’impedenza della pelle può essere considerata come quella ottenuta da una rete di resistenze e capacità. Tale impedenza è influenzata dalle caratteristiche della tensione, della superficie di contatto e da quelle della pelle stessa. Per valori bassi di tensione di contatto, tale impedenza può variare considerevolmente in quanto questo valore è molto influenzato dall’area di contatto e dalle condizioni della pelle. Per valori alti di tensione di contatto, l’impedenza della pelle assume valori sempre inferiori sino a diventare trascurabile nel momento in cui la pelle è perforata. Un altro fattore importante che influenza il valore di impedenza della pelle è dato dalla frequenza della tensione di contatto. Esiste infatti una correlazione inversa tra l’impedenza della pelle e la frequenza della tensione ovvero, più è alta la frequenza, minore è il valore di impedenza della pelle.

Impedenza interna

L’impedenza interna è prevalentemente resistiva ma presenta una piccola componente capacitiva. L’impedenza interna del corpo umano dipende prevalentemente dal percorso che la corrente fa quanto attraversa il corpo. Si considera, come valore più grande, il valore della impedenza interna che si ha quando la corrente attraversa il corpo dalla mano al piede.

Impedenza totale del corpo

L’impedenza totale del corpo è data dalla serie dell’impedenza della pelle e quella dell’impedenza interna. L’impedenza totale è quindi data da componenti resistive e capacitive. Tale valore è molto influenzato dalla variabilità dell’impedenza della pelle. Per bassi valori di tensione di contatto l’impedenza totale può avere una elevata variabilità, anche nello stesso soggetto e questo a causa della variabilità dell’impedenza della pelle. Per tensioni sempre maggiori, il contributo dell’impedenza della pelle diviene via via trascurabile e l’impedenza totale del corpo può essere considerata pari al valore dell’impedenza interna.

Fattori che influenzano l’impedenza totale del corpo

L’impedenza totale del corpo dipende da diversi fattori che riguardano principalmente il tipo di tensione di contatto, la superficie di contatto e le condizioni della stessa e gli aspetti fisiologici propri del soggetto che subisce il contatto.

Impedenza totale del corpo in funzione della tensione di contatto alternata o continua

Si assuma una tensione alternata a 50 Hz ed una tensione in continua. Per valori di tensione inferiori a 200 V, nel caso di tensione in continua, il contributo capacitivo all’impedenza totale, è trascurabile.

Nella figura seguente viene mostrato l’andamento del valore dell’impedenza totale del corpo al crescere della tensione di contatto, nel caso di tensione alternata e di tensione continua.

Relazione tra i valori di impedenza del corpo e quelli di tensione di contatto nel caso di corrente alternata e di corrente continua

A parità di valori di tensione, fino a 200V, l’impedenza totale del corpo risulta inferiore nel caso di corrente alternata rispetto a quella continua. Entro i 200 V, in corrente continua, si può parlare di resistenza del corpo in quanto il contributo capacitivo è trascurabile.

Dall’andamento dei valori di impedenza nel caso di corrente alternata e nel caso di corrente continua, si può dedurre che, a parità di condizioni (della pelle, del corpo, della superficie di contatto, della temperatura, etc), per tensioni inferiori a 200 V, il corpo è attraversato da una corrente con valori superiori nel caso di tensione di contatto alternata. Questo lo si capisce direttamente dalla legge di Ohm in quanto, a parità di tensione (di contatto), per valori di impedenze minori, si avranno valori di corrente superiori.

Impedenza totale del corpo in funzione della frequenza della tensione di contatto

Nel caso di tensione alternata ed a parità degli altri parametri, l’impedenza totale del corpo umano tende a diminuire all’aumentare della frequenza.

Relazione tra i valori di impedenza del corpo ed i valori di frequenza considerando una tensione di 10 V e di 25 V in alternata

Come si può notare dal grafico, l’andamento dell’impedenza del corpo non è lineare con la frequenza della tensione di contatto. I valori presentati sono comunque da ritenersi puramente indicativi in quanto hanno una certa variabilità che dipende dalla popolazione campione. Inoltre, dal grafico si può notare come, a parità di frequenza, l’impedenza del corpo risulta maggiore per tensioni minori.

Impedenza totale del corpo in funzione delle condizioni di asciutto o bagnato

Tra gli aspetti che condizionano il valore dell’impedenza del corpo vi è la condizione di asciutto che viene tipicamente suddivisa in tre categorie: condizione di asciutto, condizione di bagnato in acqua e condizione di bagnato in condizione salina (acqua al 3% di NaCl)

Relazione tra i valori di impedenza del corpo ed i valori di tensione di contatto in alternata in condizione di asciutto, bagnato in acqua, bagnato in soluzione salina.

Dal grafico si può osservare come per valori di tensione di contatto in alternata più bassi (al di sotto dei 300 V circa) ci possono essere delle variazioni significative tra le diverse condizioni ed in particolare valori inferiori in condizione di bagnato in condizione salina e, ragionevolmente, valori più alti di impedenza del corpo in condizione di asciutto. Al cresce del valore della tensione di contatto il valore di impedenza del corpo è pressocché invariato in qualsiasi condizione.

Zone tempo / corrente ed effetti sul corpo umano

Quando una parte del corpo umano entra in contatto con una tensione ed un’altra si trova ad una tensione diversa, si crea una differenza di potenziale che porta ad un flusso di corrente attraverso il corpo. L’intensità di tale corrente risente dell’impedenza del corpo a seconda del percorso che compie la corrente e di tantissimi fattori tra cui l’umidità, la superficie di contatto, la frequenza etc.

A parità di condizioni, gli effetti sul corpo umano dovuti al passaggio di corrente sono funzione dell’intensità e della durata del flusso di corrente. A partire dai parametri di intensità e durata del flusso di corrente si distinguono delle zone tempo / corrente che si distinguono per gli effetti che possono indurre sul corpo. Queste zone sono distinte a seconda che la tensione di contatto sia in alternata oppure in continua.

Zone tempo/corrente degli effetti delle correnti alternate

Nel caso di correnti alternate si distinguono 4 zone tempo/corrente dalla AC-1, AC-2, AC-3 alla AC-4, per gravità crescente di effetti sul corpo umano. Nella figura seguente vediamo graficamente come sono raggruppate queste zone.

Zone tempo/corrente degli effetti della corrente alternata

Ogni zona è delimitata da una curva entro la quale è statisticamente probabile il verificarsi di taluni effetti sul corpo, secondo la tabella seguente.

ZoneConfiniEffetti fisiologici
AC-1Sino a curva a, 0,5 mA Nessuna reazione, possibile percezione
AC-2Da curva a sino a curva bPercezione e contrazione muscolare involontaria, nessun danno agli organi.
AC-3Da curva bForti contrazioni involontarie muscolari, disturbi respiratori e reversibili dell'attività cardiaca. Possibile immobilizzazione. Danni agli organi poco probabili.
AC-4Da curva c1Possibile arresto cardiaco, blocco respiratorio, ustioni o danni cellulari. Probabilità di fibrillazione ventricolare crescente all'aumentare di corrente e durata del flusso.

Le curve c1, c2, c3 identificano, all’interno della zona AC-4, delle condizioni di probabilità dello scaturirsi dell’evento fibrillazione ventricolare secondo quanto riportato di seguito:

  • l’area tra la curva c1 e la curva c2 identifica la zona tempo/corrente in cui la probabilità che si verifichi la fibrillazione ventricolare è entro il 5%;
  • l’area tra la curva c2 e la curva c3 identifica la zona tempo/corrente in cui la probabilità che si verifichi la fibrillazione ventricolare può raggiungere il 50%;
  • l’area oltre la curva c3 identifica la zona tempo/corrente in cui la probabilità che si verifichi la fibrillazione ventricolare è superiore al 50%.

Tali condizioni di probabilità si assume un percorso della corrente da mano a piede per un tempo superiore a 200 ms.

Zone tempo/corrente degli effetti delle correnti continue

L’effetto della corrente continua sul corpo umano è diverso da quello della corrente alternata, in particolare a bassi valori della tensione di contatto e questo perché in tale situazione il corpo presenta una impedenza più alta. In maniera analoga a quanto visto per la corrente alternata, si distinguono 4 zone tempo/corrente dalla DC-1, DC-2, DC-3 alla DC-4, per gravità crescente di effetti sul corpo umano. Nella figura seguente vediamo graficamente come sono raggruppate queste zone.

Zone tempo/corrente degli effetti della corrente continua

Ogni zona è delimitata da una curva entro la quale è statisticamente probabile il verificarsi di taluni effetti sul corpo, secondo la tabella seguente.

ZoneConfiniEffetti fisiologici
DC-1Sino a curva a, 2 mAPossibile percezione in fase di contatto e di rilascio
DC-2Da curva a sino a curva bPossibile contrazione muscolare involontaria in fase di contatto e di rilascio senza danni agli organi interni
DC-3Da curva bForti contrazioni muscolari involontarie e possibile innesco di aritmie temporanee
DC-4Da curva c1Possibile arresto cardiaco, blocco respiratorio, ustioni o danni cellulari. Probabilità di fibrillazione ventricolare crescente all'aumentare di corrente e durata del flusso.

In maniera analoga a quanto visto per la corrente alternata, le curve c1, c2, c3 identificano, all’interno della zona DC-4, delle condizioni di probabilità dello scaturirsi dell’evento fibrillazione ventricolare secondo quanto riportato di seguito:

  • l’area tra la curva c1 e la curva c2 identifica la zona tempo/corrente in cui la probabilità che si verifichi la fibrillazione ventricolare è entro il 5%;
  • l’area tra la curva c2 e la curva c3 identifica la zona tempo/corrente in cui la probabilità che si verifichi la fibrillazione ventricolare può raggiungere il 50%;
  • l’area oltre la curva c3 identifica la zona tempo/corrente in cui la probabilità che si verifichi la fibrillazione ventricolare è superiore al 50%.

Anche in questo caso per le condizioni di probabilità appena descritte, si assume un percorso della corrente da mano a piede per un tempo superiore a 200 ms.

Gli effetti della corrente sul corpo in breve

Quando due parti del corpo si trovano ad un livello di tensione diverso, si genera un flusso di corrente che attraversa il corpo tra la zona di contatto e quella a tensione inferiore che può portare all’alterazione della funzionalità degli organi interni. Questo avviene per esempio se con la mano tocco una superficie in tensione come può essere un cavo lesionato e con il piede sono in contatto con il suolo. In questo caso avrei una differenza di potenziale tra la mano ed il piede attraverso cui si ha un flusso di corrente. L’intensità di questa corrente può variare moltissimo in funzione di diversi fattori tra cui:

  • estensione della zona di contatto;
  • livello della tensione di contatto;
  • tipo di tensione di contatto, continua o alternata;
  • frequenza della tensione di contatto, se in alternata;
  • condizioni di bagnato o asciutto.

Gli effetti della corrente sul corpo dipendono dalla intensità di questa corrente e dalla durata dell’esposizione a tale flusso. Per correnti di poche decine di milliAmpere, è poco probabile che ci siano eventi dannosi per gli organi interni mentre crescendo in intensità e durata, possono accadere contrazioni muscolari involontarie, lesioni della pelle, lesioni degli organi, lesioni cellulari, blocchi respiratori e fenomeni di fibrillazione ventricolare.


Codifica colori cavi elettrici

Nell’ambito dei sistemi elettrici l’aspetto apparentemente banale ma cruciale della codifica a colori dei cavi elettrici gioca un ruolo importante. I cavi elettrici, con il loro spettro di sfumature, portano con sé un linguaggio codificato che ne rileva il loro scopo.

La codifica a colori nel cablaggio elettrico non è una scelta estetica, è un sistema di comunicazione standardizzato che supera i confini e le industrie. Dai cablaggi residenziali alle complesse installazioni industriali, comprendere il significato di ciascun colore è come decifrare un linguaggio universale che salvaguarda sia gli esseri umani che le macchine.

Codifica colori cavi elettrici

In Europa, i cavi elettrici sono codificati a colori secondo gli standard della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), tra cui lo standard IEC 60757. Questo standard fornisce un sistema uniforme per l’identificazione dei conduttori nel cablaggio elettrico, garantendo coerenza tra diversi paesi e applicazioni. Il sistema di codifica a colori viene utilizzato per i colori degli isolanti ed aiuta chi opera sui circuiti elettrici ad identificare rapidamente la funzione e le caratteristiche di ciascun filo in un circuito.

La convenzione definisce una lista dei colori ammessi all’interno di un quadro o, in generale, nei cablaggi di un qualsiasi circuito. I conduttori possono essere di uno dei seguenti colori:

  1. nero,
  2. marrone,
  3. rosso,
  4. arancione,
  5. giallo,
  6. verde,
  7. blu,
  8. viola,
  9. grigio,
  10. bianco,
  11. rosa,
  12. turchese.

Ulteriori obblighi e raccomandazioni nella scelta dei colori vincolano la codifica del conduttore in base alla sua funzione. Di seguito vediamo quali colori assegnare ai cavi per permettere una identificazione non equivoca e secondo quanto prescritto dalla normativa vigente.

Conduttore di protezione PE

Il conduttore di protezione (PE – Protective Earthing) deve essere identificato con il colore giallo-verde. La combinazione giallo-verde deve essere utilizzata unicamente per il conduttore di protezione PE. Non deve essere mai presente, all’interno di un circuito, un conduttore giallo-verde che non sia il PE. Data l’importanza di questo tipo di conduttore e data la necessità di consentire una sua facile individuazione, le norme raccomandano di evitare di utilizzare, per gli altri cavi, il colore giallo oppure il colore verde.

La combinazione giallo-verde è l’unica ammessa per identificare il conduttore di protezione. Le proporzioni tra la quantità di giallo e quella di verde non sono casuali ma devono seguire delle specifiche ben definite:

  • per ogni 15 mm di conduttore di protezione giallo-verde, una percentuale tra il 30% ed il 70% deve essere occupata da un colore (ad esempio il giallo) e la restante percentuale dall’altro colore (ad esempio il verde) oppure viceversa.

Il conduttore di protezione svolge una funzione molto importante e per questo la sua identificazione deve essere chiara e veloce.

Se il conduttore di protezione viene identificato tramite colore, allora, l’unico colore ammesso è la combinazione giallo-verde. In caso contrario, qualora il conduttore sia facilmente individuabile perché magari è stata utilizzata una treccia metallica, è sufficiente che l’estremità del conduttore, ovvero in prossimità del morsetto di connessione, sia presente il simbolo mostrato di seguito.

In alternativa al simbolo della terra, è possibile identificare l’estremità del conduttore di protezione con i colori giallo-verde oppure con le lettere “PE”.

Conduttore PEN

Nei sistemi TN-C le funzioni di conduttore di protezione (PE) e conduttore di neutro (N) sono unite in un unico conduttore denominato PEN. Il conduttore PEN isolato deve essere identificato in una delle seguenti maniere:

  1. combinazione giallo-verde per tutta la lunghezza con marcatura blu nella parte terminale; oppure
  2. colore blu con marcatura giallo verde nella parte terminale.

Conduttore di neutro

Per i circuiti che contengono il conduttore di neutro, questo deve essere di colore blu chiaro. Nel caso il circuito non presenti il neutro è possibile utilizzare il blu per parti di cablaggio. Non è possibile utilizzare il colore blu per un cavo che svolge funzione di conduttore di protezione (PE). Nella pratica, nei cablaggi con dimensioni importanti, possiamo trovare conduttore di colore blu ma di una tonalità più scura rispetto al neutro.

Raccomandazioni per altri conduttori

Per tutti i conduttori che non siano quelli di protezione o neutro non esistono prescrizioni particolari. Persiste sicuramente l’obbligo di non utilizzare nè la combinazione giallo-verde, nè il blu chiaro ma non ci sono vincoli normativi. Sussistono tuttavia delle raccomandazioni come quella di utilizzare nei conduttori di linea dei sistemi a corrente alternata, il colore marrone oppure il colore grigio oppure il colore nero.

Nella tabella seguente vediamo, riassunte, le specifiche dei colori delle singole anime per cavi multipolari.

Colori anime cavi multipolari
Numero di animeConduttore di protezioneNeutroFaseFaseFase
2//////
3////
3////
4//
4//
5

Dimensionamento cavi elettrici

Nel campo delle installazioni elettriche, selezionare il cavo giusto non è solo una questione di collegare i fili. I cavi svolgono un ruolo fondamentale nel garantire che la corrente non venga solo trasmessa in un sistema elettrico, ma trasmessa in modo affidabile, senza compromettere la sicurezza delle persone o le prestazioni dell’impianto. Effettuare il corretto dimensionamento del cablaggio significa selezionare un parametro fondamentale per la buona riuscita di ogni circuito o impianto ovvero: la portata dei cavi.

Che tu stia creando una rete elettrica residenziale, cablando una centrale elettrica industriale o implementando un progetto di energia rinnovabile, la possibilità di abbinare la capacità di trasporto di corrente del cavo alle esigenze del tuo sistema è un aspetto che non si può trascurare. In questo articolo vedremo quali sono le considerazioni da fare in fase di progetto per operare una corretta selezione dei cavi elettrici .

Cos’è la portata di un cavo elettrico

La portata di un cavo elettrico è la capacità del cavo di portare corrente. La portata è un parametro critico che definisce la corrente massima che un cavo può trasportare in sicurezza senza superare la sua temperatura nominale. In termini pratici rappresenta la capacità di un cavo di condurre corrente elettrica dissipando entro limiti accettabili il calore generato durante questo processo di conduzione.

Una differenza di potenziale tra gli estremi di un cavo elettrico genera una corrente. Tale corrente fluisce attraverso il cavo ma, allo stesso tempo ne subisce la sua influenza. Questo perché un qualsiasi cavo elettrico rappresenta, per la corrente che lo attraversa, una resistenza. Il flusso di corrente attraverso il cavo dipende dalle caratteristiche del cavo e la corrente che non riesce a scorrere nel cavo viene dissipata sotto forma di calore. Se la corrente supera la capacità nominale del cavo, il calore generato può portare al deterioramento dell’isolamento, all’aumento delle perdite elettriche e, in casi estremi, comportare un rischio di incendio. Per evitare tali problemi, la portata di corrente dei cavi elettrici viene definita sulla base di fattori quali le dimensioni del conduttore, il materiale isolante, la temperatura ambiente e le condizioni di installazione.

La portata è influenzata dalle caratteristiche del cavo ed è spesso espressa in ampere. È fondamentale abbinare la portata di corrente di un cavo alle effettive richieste di carico del sistema elettrico per garantire prestazioni ottimali, sicurezza e longevità dei componenti. Questo parametro è una pietra miliare nella progettazione ed installazione elettrica e permette di gestire la corrente prevista senza compromettere l’integrità del sistema.

Da cosa dipende la portata di un cavo?

La portata di corrente di un cavo elettrico dipende da diversi fattori e la comprensione di questi parametri è fondamentale per selezionare il cavo giusto per un’applicazione specifica. Ecco i fattori chiave che influenzano la capacità di trasporto di corrente di un cavo elettrico.

  • Dimensione del conduttore: i conduttori più grandi ovvero con una sezione maggiore generalmente hanno una portata di corrente maggiore perché offrono una resistenza elettrica inferiore, che riduce la generazione di calore.
  • Materiale conduttore: materiali diversi mostrano resistenze diverse al flusso di corrente elettrica. Il rame e l’alluminio sono materiali conduttori comuni, con il rame che generalmente ha una conduttività maggiore rispetto all’alluminio.
  • Tipo di isolamento: il tipo di isolamento che circonda il conduttore influisce sulla capacità del cavo di dissipare il calore. Diversi materiali isolanti hanno resistenze termiche e valori di temperatura diversi.
  • Temperature ambientali: la temperatura dell’ambiente in cui è installato il cavo influenza la sua capacità di dissipare il calore. I cavi sono spesso classificati per condizioni di temperatura specifiche e il superamento di questi limiti può influire sulle prestazioni e sulla sicurezza.
  • Condizioni di installazione: il modo in cui un cavo è installato, sia in aria libera, in condotto o interrato, influisce sulla sua capacità di dissipare il calore. È necessario seguire le linee guida di installazione fornite dai produttori per garantire una corretta dissipazione del calore.
  • Fattori di declassamento: si possono applicare fattori di declassamento per la portata di corrente in base a condizioni specifiche, come raggruppare più cavi insieme o installarli in stretta vicinanza.
  • Caricamento continuo o intermittente: i cavi possono avere valori di portata diversi per condizioni di carico continuo e intermittente. Il carico continuo richiede un approccio più conservativo per prevenire il surriscaldamento per periodi prolungati.
  • Caduta di tensione: la caduta di tensione può svolgere un ruolo nel determinare la capacità di portata di corrente, soprattutto nei cavi lunghi. Un’eccessiva caduta di tensione può influire sulle prestazioni delle apparecchiature collegate.

Considerando attentamente questi fattori, si possono determinare la capacità di portata di corrente adeguata per un determinato cavo elettrico, garantendo che funzioni in modo sicuro ed efficiente all’interno dell’applicazione prevista.

Classificazione dei cavi elettrici

I cavi elettrici sono classificati in 4 classi: Classe 1, Classe 2, Classe 5, Classe 6. Sulla base delle caratteristiche fisiche e meccaniche se ne deriva l’applicazione prevista.

ClasseTipoInstallazione prevista
1Cavo costituito da un singolo filo di rame o alluminioInstallazione fissa
2Cavo cordato costituito da più fili di rame o alluminio
5Cavo cordato flessibile in rameInstallazioni tra parti mobili, su dispositivi o macchinari dove sono previste vibrazioni o movimenti frequenti
6Cavo cordato flessibile in rame con caratteristiche di flessibilità superiori alla Classe 5

Tipologie di installazione dei cavi elettrici

Le diverse tipologie di installazione dei cavi elettrici sono raggruppate in 4 metodi di installazione: Metodo B1, Metodo B2, Metodo C, Metodo E.

MetodoDescrizioneEsempio
A1Conduttori isolati o cavi unipolari posizionati in un condotto all'interno di una parete termicamente isolata
A2Cavi multipolari posizionati in una canalina all'interno di una parete termicamente isolata
B1Conduttori isolati o cavi unipolari in tubo su parete in legno o muratura o distanziati da essa meno di 0,3 x diametro del tubo
B2Cavo multipolare in tubo su parete in legno o muratura o distanziato da esso meno di 0,3 x diametro del tubo
CCavi unipolari o multipolari: fissati o staccati a meno di 0,3 volte il diametro del cavo da una parete di legno

Cavi unipolari o multipolari: su passerella non perforata orizzontale o verticale


D1Cavi unipolari e multipolari in tubi o in cunicoli interrati

E / FCavi unipolari o multipolari: su passerella non perforata orizzontale o verticale
GConduttori nudi o cavi senza guina su isolatori

Come dimensionare i cavi elettrici

I cavi elettrici devono essere dimensionati sulla base delle caratteristiche costruttive del cavo e sulla base dell’utilizzo previsto.

I cavi elettrici devono essere dimensionati sulla base dei seguenti parametri: Tensione nominale, Portata, Condizioni ambientali, Condizioni di installazione. In questo capitolo riassumiamo le principali considerazioni che vanno fatte nella scelta della sezione dei cavi.

Tensione nominale di un cavo elettrico

La tensione nominale di un cavo elettrico è espressa con il rapporto U0/U. U0 indica il valore di tensione efficace tra un conduttore isolato del cavo e la terra mentre U indica il valore di tensione efficace tra due conduttori isolati qualsiasi che compongono il cavo.

Portata di un cavo elettrico

La portata di un cavo elettrico è la massima quantità di corrente che il cavo è in grado di condurre senza danneggiare l’isolante che lo contiene. La portata dei cavi dipende dal materiale dell’isolante, dal numero dei conduttori che compongono il cavo, dal tipo di guaina e dal tipo di posa dei cavi.

Considerata una determinata tipologia di posa, la portata di un cavo elettrico (Iz)è espressa dalla seguente formula:

    \[  I_z = I_o * k_1 * k_2; \]

dove, considerando una specifica tipologia di posa, si definisce:

I0: la portata in aria a 30°C del conduttore per la specifica tipologia di posa considerata;

k1: fattore di correzione relativo alla temperatura ambiente

k2: fattore di correzione relativo a circuiti installati in strati (circuiti realizzati con cavi su strati affiancati orizzontalmente o verticalmente ad esempio su muri, pareti, passerelle) oppure relativo a circuiti installati in fasci (circuiti realizzati tramite strati sovrapposti).

Condizioni ambientali di installazione del cavo elettrico

Per una corretta selezione di un cavo elettrico bisogna tenere conto anche delle condizioni ambientali di installazione. Di seguito le principali condizioni ambientali che possono presentarsi e di cui occorre tener conto. Ad ogni tipologia di ambiente è associato un codice alfanumerico, più alto è il numero, più gravose sono le condizioni ambientali.

  • Esposizione all’acqua. Ambiente classificato dai codici AD1, AD2, AD3, AD4, AD5, AD6, AD7, AD8.
  • Esposizione ad agenti corrosivi. Classificazione ambientale AF2, AF3, AF4.
  • Esposizione a sollecitazioni meccaniche. Classificazione ambientale AG2.
  • Esposizione a flora e/o muffa. Classificazione ambientale AK2
  • Esposizione alla fauna. Classificazione AL2.
  • Esposizione a temperature elevate, temperature basse, esposizione a radiazioni solari etc.

Condizioni di installazione

I cavi possono essere soggetti a sollecitazioni che dipendono dalle condizioni in cui avviene la posa in fase di installazione. In fase di posta alcune condizioni possono danneggiare le caratteristiche dei cavi tra cui:

  • la temperatura di posa, ovvero la temperatura a cui il cavo può essere soggetto in fase di installazione;
  • sforzo di tiro, ovvero la trazione massima che il cavo può sostenere senza che questo si giri sul proprio asse;
  • curvatura, compressione e torsione.

Sezioni minime dei cavi elettrici

I cavi elettrici devono essere scelti sulla base dei requisiti di funzionamento (tensione e corrente di lavoro, tipologia di raggruppamento), dei requisiti ambientali (temperatura ambientale prevista, presenza di agenti corrosivi, sollecitazioni meccaniche in fase di installazione o rischi incendio). A partire da questi aspetti, i cavi elettrici dovrebbero essere in rame. In alternativa ai cavi in rame è possibile utilizzare cavi in alluminio. Qualora di scegliessero dei cavi in alluminio, la sezione minima deve essere di almeno 16 mm2. Nella tabella seguente vediamo quali sono le sezioni minime dei cavi elettrici per conduttori in rame suddivisi per tipologia di applicazione.

Sezione minima [mm2] cavi elettrici in rame
Tipo di installazioneApplicazioneCavo unipolareCavo multipolare
Flessibile Classe 5 o 6A filo unico (Classe 1)
o cordato (Classe 2)
Due poli, schermatoDue poli, non schermatoTre o più poli, schermato o non schermato
Cablaggi all’esterno
degli involucri di
protezione
Circuiti di potenza,
fissi
1,01,50,750,750,75
Circuiti di potenza,
soggetti a movimenti
frequenti
1,0//0,750,750,75
Circuiti di comando1,01,00,20,50,2
Comunicazione dati////////0,08
Cablaggi all’interno
degli involucri
Circuiti di potenza 0,75 0,750,750,750,75
Circuiti di comando0,20,20,20,20,2
Comunicazione dati////////0,08

Corrispondenza tra AWG e mm2

In vari Stati, in particolare nel Nord America, si utilizza come unità di misura della sezione dei cavi elettrici, la sigla AWG, acronimo di American Wire Gauge. AWG è un numero che indica la sezione del cavo. Più AWG è un numero alto, più il cavo ha una sezione piccola ovvero è sottile. Vediamo nella tabella seguente la corrispondenza tra le dimensioni e le sezioni dei conduttori espresse in mm2 ed in AWG.

Confronto sezioni dei conduttori AWG con millimetri quadrati
Dimensioni
del filo
NumeroSezione
mm2AWGmillimetri
quadrati
pollici
quadrati
0,2/0,1960,000304
/240,2050,000317
0,3/0,2830,000438
/220,3240,000504
0,5/0,5000,000775
/200,5190,000802
0,75/0,7500,001162
/180,8230,001272
1,0/1,0000,001550
/161,310,002026
1,5/1,5000,002325
/142,080,003228
2,5/2,5000,003875
/123,310,005129
4/4,0000,006200
/105,260,008152
6/6,0000,009300
/88,370,012967
10/10,0000,001550
/613,30,020610
16/16,0000,024800
/421,10,032780
25/25,0000,038800
/233,60,052100
35/35,0000,054200
/142,40,065700
50/47,0000,072800

Conclusioni

In conclusione, districarsi nel labirinto del dimensionamento dei cavi elettrici non è semplicemente un esercizio tecnico; è un passo cruciale per garantire l’affidabilità, la sicurezza e la longevità dei vostri sistemi elettrici. Il corretto dimensionamento dei cavi, che dipende da fattori quali la dimensione del conduttore, il materiale, l’isolamento e le condizioni di installazione, è il fulcro che mantiene insieme l’integrità della vostra infrastruttura elettrica.

La precisione nella scelta dei cavi non è solo una questione di conformità; è uno strumento fondamentale per l’ottimizzazione del circuito che realizziamo che ne garantisce la durata e la robustezza nel tempo.


Differenza tra relè monostabile e bistabile

Nel panorama in continua evoluzione della tecnologia moderna, il ruolo dei relè rimane più critico che mai. Questi piccoli ma indispensabili interruttori elettromeccanici svolgono un ruolo fondamentale nel controllo del flusso di corrente elettrica, garantendo il funzionamento senza interruzioni di una vasta gamma di dispositivi e sistemi elettronici. Tra i vari tipi di relè, i relè monostabile e bistabile si distinguono come due soluzioni distinte, ciascuna delle quali offre vantaggi e applicazioni unici. Questo articolo approfondisce le differenze fondamentali tra relè monostabili e bistabili per comprendere chiaramente quando e perché sceglierne uno rispetto all’altro.

Cosa vuol dire relè monostabile?

Il relè monostabile, detto anche relè a rilascio, è un interruttore elettromeccanici ed è ampiamente utilizzato in varie applicazioni per controllare il flusso di corrente elettrica. Il relè monostabile è il più semplice tipo di relè e funziona in una semplice modalità on-off e richiede una fornitura continua di alimentazione per mantenere il loro stato.

Ecco alcune caratteristiche e funzionalità chiave dei relè monostabili:

  1. Funzionamento. Il relè monostabile è dotato di una bobina (elettromagnete) che, quando eccitata, genera un campo magnetico che tira un’armatura interna o una leva per chiudere o aprire i contatti dell’interruttore. Quando la bobina è diseccitata, i contatti ritornano nella loro posizione predefinita grazie a molle o altri meccanismi meccanici.
  2. Tipi. il relè monostabile è disponibili in vari tipi, tra cui configurazioni a singolo polo e singolo contatto (SPST), a singolo polo e doppio contatto (SPDT) e multipolari, a seconda del numero di serie di contatti e il numero di posizioni.
  3. Applicazioni. Il relè monostabile viene utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni, tra cui sistemi di controllo industriale, automazione, sistemi automobilistici, HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria), distribuzione di energia e altro ancora. É comunemente impiegato in situazioni in cui è richiesta una semplice azione di commutazione on-off.
  4. Valori nominali di tensione e corrente. Il relè monostabile è disponibile con valori nominali di tensione e corrente diversi per adattarsi ad applicazioni specifiche. La tensione nominale della bobina determina la tensione richiesta per eccitare la bobina del relè, mentre la tensione nominale dei contatti specifica la corrente e la tensione massime che i contatti del relè possono gestire.
  5. Tensione della bobina e consumo energetico. la tensione della bobina per il relè monostabile può variare e il consumo energetico è generalmente basso quando la bobina è eccitata. Ciò li rende adatti per applicazioni a basso consumo e quelle alimentate a batteria.
  6. Tempo di risposta. Il relè monostabile in genere ha tempi di risposta rapidi, che lo rende adatto per applicazioni in cui è richiesta una commutazione rapida.
  7. Durata. questi relè sono noti per la loro durata e possono sopportare un gran numero di cicli di commutazione prima di mostrare segni di usura.
  8. Calore. quando la bobina è eccitata, i relè monostabili possono produrre un clic e possono generare calore a causa della corrente elettrica che passa attraverso la bobina. Questo è un aspetto da considerare nelle applicazioni in cui il calore può rappresentare un problema.

In sintesi, i relè monostabili sono componenti essenziali in molti sistemi elettrici ed elettronici, poiché forniscono un mezzo semplice e affidabile per controllare i circuiti elettrici. Sono ampiamente utilizzati per attività quali l’accensione e lo spegnimento dei dispositivi, la commutazione tra circuiti diversi e la fornitura di isolamento e protezione in varie applicazioni.

Cosa vuol dire relè bistabile?

Il relè bistabile, noto anche come relè a ritenuta o ad impulsi, è un tipo di relè elettromeccanico in grado di mantenere il proprio stato (aperto o chiuso) senza la necessità di un’alimentazione continua. I relè bistabili sono progettati per rimanere nella loro ultima posizione commutata finché non viene fornito un segnale o un impulso esterno per modificare il loro stato. Ciò li rende particolarmente utili nelle applicazioni in cui il consumo energetico e la necessità di uno stato stabile sono considerazioni importanti. Il relè bistabile rappresenta l’evoluzione del relè monostabile. Ecco alcune caratteristiche dei relè bistabili:

  1. Funzionamento bistabile. Il relè bistabile ha due stati stabili e rimane in questi stati finché non vengono attivati ​​da una forza o da un impulso esterno. Ciò è in contrasto con il relè monostabile, che richiede una fornitura continua di energia per mantenere il loro stato.
  2. Due bobine. Il relè bistabile in genere hanno due bobine, una per l’impostazione (eccitazione) e l’altra per il ripristino (diseccitazione). Quando la bobina impostata è eccitata, il relè passa a uno stato stabile e quando la bobina di ripristino è eccitata, passa all’altro stato stabile.
  3. Basso consumo energetico. uno dei principali vantaggi dei relè bistabili è il basso consumo energetico. Assorbono energia solo quando cambiano stato, rendendoli adatti per applicazioni alimentate a batteria o ad alta efficienza energetica.
  4. Funzione di memoria. i relè bistabili hanno una funzione di memoria, poiché “ricordano” il loro ultimo stato senza la necessità di alimentazione costante. Ciò è particolarmente utile nelle applicazioni in cui le interruzioni dell’alimentazione sono comuni.
  5. Applicazioni. i relè bistabili trovano applicazioni in vari settori, tra cui telecomunicazioni, sistemi di controllo remoto, illuminazione ad alta efficienza energetica e in situazioni in cui il risparmio energetico a lungo termine o la stabilità in scenari critici dal punto di vista energetico sono essenziali.
  6. Tipi. i relè bistabili sono disponibili in varie configurazioni, inclusi a singolo polo e singolo contatto (SPST), a singolo polo e doppio contatto (SPDT) e multipolari, a seconda del numero di serie di contatti e di poli.
  7. Meccanismi di ripristino. I relè bistabili possono avere vari meccanismi di ripristino, come una seconda bobina, un pulsante meccanico o un segnale esterno, a seconda del design e dell’applicazione.
  8. Tempo di risposta. I relè bistabili generalmente hanno un tempo di risposta rapido quando si cambia stato, il che può essere importante in alcune applicazioni.
  9. Calore: sebbene i relè bistabili possano essere più efficienti dal punto di vista energetico, possono comunque produrre un clic quando si cambia stato e possono generare calore durante il breve periodo in cui cambiano stato.

In sintesi, i relè bistabili sono un tipo specializzato di relè in grado di mantenere lo stato commutato senza alimentazione continua, rendendoli particolarmente adatti per applicazioni in cui il risparmio energetico e la stabilità dello stato sono importanti. Sono particolarmente utili in situazioni in cui l’efficienza energetica, il controllo remoto o la memoria dell’ultimo stato sono requisiti cruciali.


Differenza tra relè
 monostabile e bistabile

I relè monostabile e bistabile sono due tipi distinti di relè elettromeccanici, ciascuno con il proprio insieme di caratteristiche e applicazioni. Ecco le principali differenze tra i relè monostabili e quelli bistabili:

  1. Funzionamento:
    • Relè monostabile: i relè monostabile funzionano in una semplice modalità on-off. Richiedono una fornitura continua di energia per mantenere il loro stato. Quando viene applicata l’alimentazione alla bobina, il relè passa a uno stato (aperto o chiuso) e rimane in quello stato finché viene mantenuta l’alimentazione.
    • Relè bistabili: i relè bistabili hanno due stati stabili e possono mantenere il loro stato senza alimentazione continua. Rimangono nella loro ultima posizione commutata finché non viene fornito un segnale o un impulso esterno per modificare il loro stato.
  2. Configurazione bobina:
    • Relè monostabile: i relè monostabile hanno una singola bobina che viene utilizzata per energizzare il relè e commutarne i contatti.
    • Relè bistabili: i relè bistabili hanno tipicamente due bobine: una per l’impostazione (eccitazione) e l’altra per il ripristino (diseccitazione). La bobina impostata cambia lo stato del relè in una posizione e la bobina di ripristino lo cambia nell’altra.
  3. Consumo energetico:
    • Relè monostabili: i relè monostabili consumano energia continuamente finché sono in funzione, il che può comportare un maggiore consumo di energia.
    • Relè bistabili: i relè bistabili hanno un basso consumo energetico perché assorbono energia solo quando cambiano stato. Ciò li rende adatti per applicazioni ad alta efficienza energetica e alimentate a batteria.
  4. Funzione di memoria:
    • Relè monostabile: i relè monostabile non hanno una funzione di memoria e richiedono un’alimentazione costante per mantenere il loro stato.
    • Relè bistabili: i relè bistabili hanno una funzione di memoria e possono mantenere il loro ultimo stato commutato senza alimentazione continua.
  5. Applicazioni:
    • Relè monostabili: i relè monostabili vengono utilizzati in applicazioni in cui è richiesta una semplice azione di commutazione on-off, come sistemi di controllo industriale, sistemi automobilistici e distribuzione di energia.
    • Relè bistabili: i relè bistabili vengono impiegati in applicazioni in cui l’efficienza energetica, il controllo remoto o la memoria dell’ultimo stato sono requisiti cruciali. Sono comunemente utilizzati nelle telecomunicazioni, nei sistemi di controllo remoto e nell’illuminazione a risparmio energetico.
  6. Tempo di risposta:
    • Relè monostabile: i relè monostabile hanno generalmente tempi di risposta rapidi, che li rendono adatti per applicazioni in cui è richiesta una commutazione rapida.
    • Relè bistabili: Anche i relè bistabili hanno tempi di risposta rapidi quando si cambia stato, ma il loro funzionamento è caratterizzato dalla necessità di uno specifico segnale di impostazione o ripristino.
  7. Rumore e calore:
    • Sia i relè monostabili che quelli bistabili possono produrre un clic quando si cambia stato e possono generare calore durante il breve periodo di transizione.

In sintesi, la differenza principale tra i relè monostabili e quelli bistabili è il modo in cui mantengono il loro stato. I relè monostabile richiedono alimentazione continua per mantenere la loro posizione, mentre i relè bistabili possono mantenere la loro posizione senza alimentazione continua e richiedono segnali di impostazione o ripristino specifici per modificare il loro stato. La scelta tra questi due tipi di relè dipende dai requisiti specifici dell’applicazione, inclusi consumo energetico, stabilità e meccanismi di controllo.


Sistemi di distribuzione elettrica in bassa tensione TT, TN, IT

I sistemi di distribuzione elettrica sono classificati come TT, TN, IT sulla base dello stato del conduttore di neutro e sulla tipologia di collegamento delle masse con la terra. Questi tipi di sistemi di distribuzione esistono per poter far fronte alle esigenze di diversi tipi di impianti e quindi di utilizzatore finale. Sulla base di tale classificazione si effettua la selezione dei dispositivi di protezione contro i contatti indiretti. In questo articolo vedremo quali sono le categorie e le classi dei sistemi di distribuzione elettrica.

Categorie dei sistemi elettrici

I sistemi elettrici, siano quelli di un impianto oppure di una porzione degli stessi, vengono suddivisi in quattro categorie sulla base di della tensione nominale. Tali categorie servono ad una corretta progettazione ed installazione dei circuiti che sfruttano tale distribuzione elettrica. Si assume che i valori di tensione nominale di un impianto possa variare leggermente all’interno di un range di tolleranza tipicamente del 10%.

Nella tabella seguente sono mostrati i valori di riferimento delle tensioni nominali per ogni categoria.

Categoria del sistema elettricoTensione nominale in corrente continua (Ucc)Tensione nominale in corrente alternata (Uca)
Categoria 0Ucc ≤ 120 VUca ≤ 50 V
Categoria I120 V < Ucc ≤ 1500 V50 V < Uca ≤ 1000 V
Categoria II1500 V < Ucc ≤ 30000 V1000 V < Uca ≤ 30000 V
Categoria IIIUcc > 30000 VUca > 30000 V

Classificazione dei sistemi di distribuzione TT, TN, IT

I sistemi di distribuzione elettrica sono identificati attraverso un codice composto da due lettere e sono TT, TN, IT.

La prima lettera identifica la modalità con cui il sistema di distribuzione è collegato a terra (lettera T oppure lettera I) mentre la seconda lettera identifica la modalità con cui le masse dell’impianto sono collegate a terra (T oppure N). Eventualmente, oltre queste due lettere che sono sempre presenti, possiamo trovare, in aggiunta, delle lettere addizionali (S e C) che indicano come sono disposti i conduttori di neutro e quello di protezione.

I sistemi di distribuzione TT sono quelli tipicamente utilizzati dagli edifici residenziali o da ambienti industriali che necessitano di potenze paragonabili a quelle residenziali. In questi ambienti gli ambienti sono tipicamente alimentati direttamente dalla rete di distribuzione elettrica pubblica che fornisce tensione di alimentazione pari 230 Vac nel caso monofase e/o 400 Vac nel caso trifase.

Se invece l’impianto richiede dei livelli di potenza superiori a quelli residenziali, l’alimentazione è fornita tramite una cabina di trasformazione e, in tal caso, il collegamento a terra può essere del tipo TT, TN, IT.

I sistemi di distribuzione IT sono utilizzati laddove sia necessario assicurare continuità di servizio dell’alimentazione elettrica. Un esempio tipico di impiego di un sistema IT è quello negli ospedali.

Significato delle lettere di codifica di un sistema di distribuzione

Nella tabella seguente viene mostrato il significato di ogni lettera che compone il codice che identifica il sistema di distribuzione.

Codifica sistemi di distribuzione – Significato prima lettera

Prima letteraIdentifica la modalità di collegamento del sistema di distribuzione con la terra
TIl sistema di distribuzione è collegato direttamente a terra in un punto. In alternata questo tipicamente è il collegamento di neutro.
IIl sistema di distribuzione è isolato da terra oppure è collegato a terra tramite una impedenza. In alternata, il collegamento a terra per mezzo di una impedenza è ottenuto tramite il conduttore di neutro.

Codifica sistemi di distribuzione – Significato seconda lettera

Seconda letteraIdentifica la modalità di collegamento delle masse dell'impianto con la terra
TLe masse dell'impianto sono collegate direttamente a terra.
NLe masse dell'impianto sono collegate al punto del sistema di alimentazione messo a terra.

Codifica sistemi di distribuzione – Significato lettere successive

Lettere successiveIdentifica la modalità con cui sono svolte le funzioni di neutro ed il conduttore di protezione rispetto ai conduttori utilizzati
SSono utilizzati due conduttori separati, uno con funzione di neutro ed uno con funzione di protezione.
CE' utilizzato un unico conduttore che svolge funzione di neutro e di protezione (conduttore PEN).

Caratteristiche di un sistema TT

I sistemi di distribuzione TT sono tipicamente utilizzati per fornire alimentazione elettrica ad impianti residenziali oppure dell’industria leggera e qualora non sia possibile o facilmente realizzabile la distribuzione del conduttore di protezione e quindi la protezione dai contatti indiretti è responsabilità dell’utilizzatore dell’impianto.

Nel sistema TT, il sistema di alimentazione elettrica ha un punto collegato direttamente a terra (N – conduttore di neutro) e le masse dell’impianto collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente da quello del collegamento a terra del sistema di alimentazione.

Sistema TT

In Italia, nel caso in cui l’impianto sia alimentato direttamente dalla rete di distribuzione elettrica pubblica a bassa tensione (come negli edifici residenziali), il modo di collegamento del sistema è sempre del tipo TT.

Di seguito sono riportate alcune delle specifiche che caratterizzano un sistema TT.

  • Il punto di neutro del sistema di distribuzione deve essere collegato a terra.
  • Tutte le masse dell’impianto devono essere collegate allo stesso impianto di terra ma devono essere elettricamente separate dal neutro.
  • Gli impianti di terra di un sistema TT sono dimensionati per una tensione di contatto limite non superiore a 25 V c.a. valore efficace o 60 V in c.c. non ondulata.
  • Nei sistemi TT, per la protezione contro i contatti indiretti, è necessario l’uso di dispositivi di protezione a corrente differenziale con un tempo di interruzione inferiore ad 1 secondo. E’ sempre possibile utilizzare più interruttori differenziali per proteggere l’impianto ma, nel caso se ne usi soltanto uno, questo deve essere installato a monte dell’impianto.
  • Nei sistemi TT non è vietato l’uso di dispositivi di protezione contro le sovracorrenti per la protezione contro i contatti indiretti in quanto richiederebbero l’uso di dispersori aventi resistenza verso terra con valori così bassi che risulterebbe difficile da mantenere tali nel tempo.
  • Tutte le masse protette dell’impianto devono essere collegate allo stesso impianto di terra.

Guasto a terra in un sistema TT

Nei sistemi TT il neutro della linea di distribuzione è separato elettricamente dalle masse dell’impianto. In caso di guasto verso terra, il contatto, da parte di una persona, con una parte dell’impianto originariamente a massa ma che è andata in tensione a causa di tale guasto porta all’origine del circuito di guasto mostrato nella figura seguente.

Circuito di guasto in un sistema TT

In caso di un guasto verso terra si crea dunque un corrente di guasto che circola secondo il percorso indicato in figura tornando al nodo di alimentazione attraverso il terreno. Il valore di tale corrente di guasto è dato principalmente dai contributi delle resistenza di terra cioè dal valore della resistenza di terra delle masse dell’impianto (RE) sommato al valore della resistenza di terra del neutro (RB). Da notare che le resistenze RE ed RB risultano in serie ma essendo RE>>RB si considera in prima approssimazione unicamente il contributo di RE.

Si assume, per convenzione, che in caso di guasto è tollerabile (per il corpo umano) come massima tensione sulle masse un valore pari a 50 V in c. a. (detta tensione di contatto limite). Ne deriva che l’interruttore differenziale posto a protezione dai contatti indiretti deve avere una caratteristica di intervento adeguata affinché la tensione sulle masse non superi i 50 V. Questa condizione è espressa dalla seguente formula:

    \[    R_E * I_dn \leq U_L; \]

da cui deriva che

    \[    R_E \leq \frac{U_L}{I_dn}; \]

dove:

RE [Ohm]:= Resistenza di terra delle masse;

Idn [Ampere]:= Corrente di intervento dell’interruttore differenziale;

UL [Volt]:= Tensione di contatto limite (pari a 50 V).

Oltre a tale condizione, nella scelta dell’interruttore differenziale, occorre ricordare che deve essere in grado di interrompere l’alimentazione entro 1 secondo.

Caratteristiche di un sistema TN

I sistemi TN sono tipicamente utilizzati dall’industria pesante e comunque per alimentare impianti in media tensione, che dispongono di cabina di trasformazione (categoria I) e sono facilmente raggiungibili con la distribuzione del conduttore di protezione.

Nel sistema TN, il sistema di alimentazione elettrica presenta il conduttore di neutro connesso direttamente a terra e le masse dell’impianto sono connesse allo stesso impianto di terra del neutro.
Nei sistemi TN il conduttore di neutro e quello protezione possono essere o non essere separati e per questo si distinguono tre tipi di sistemi TN che si identificano con le lettere aggiuntive e sono TN-S, TN-C-S, TN-C.

Sistema TN-S

Nel sistema TN-S il conduttore di neutro e di protezione sono separati.

Sistema TN-S

Sistema TN-C

Nel sistema TN-C è presente un unico conduttore che svolge contemporaneamente funzione di neutro e di protezione denominato PEN.

Sistema TN-C

Sistema TN-C-S

Nel sistema TN-C-S combina le caratteristiche del sistema TN-C e del sistema TN-S. Il sistema TN-C-S può essere inteso come un sistema TN-S in cui in una parte del sistema stesso si hanno le funzioni combinate del conduttore di neutro e di quello di protezione.

Sistema TN-C-S

Di seguito sono riportate alcune delle specifiche che caratterizzano un sistema TN.

  • Tutte le masse dell’impianto devono essere collegate al punto di messa a terra del sistema di alimentazione (ovvero al punto di terra del neutro).
  • Il conduttore PEN non deve disporre di alcun dispositivo di interruzione o di sezionamento.
  • Nei sistemi TN è possibile utilizzare i seguenti dispositivi di protezione:
    • dispositivi di protezione contro le sovracorrenti;
    • dispositivi di protezione a corrente differenziale (nota bene: per i sistemi TN-C non è possibile utilizzare dispositivi di protezione differenziale; nei sistemi TN-C-S il conduttore di protezione deve essere collegato al conduttore PEN a monte del dispositivo di protezione a corrente differenziale).

Guasto a terra in un sistema TN

Nei sistemi TN, il conduttore di neutro può essere o non essere separato dal conduttore di protezione ma condividono lo stesso impianto di terra. In questi casi, all’insorgere di un guasto nell’impianto si genera una corrente di guasto che circola su un circuito che si chiude sul nodo di alimentazione tramite gli elementi metallici che (a causa del guasto) sono andati in tensione come mostrato nella figura seguente. A titolo di esempio consideriamo un sistema TN-S, considerazioni identiche valgono per i sistemi TN-C e TN-C-S.

Circuito di guasto in un sistema TN-S

Per il corretto dimensionamento dei dispositivi di protezione (dispositivi contro le sovracorrenti oppure dispositivi a corrente differenziale) occorre considerare le caratteristiche di tale dispositivo ma anche le impedenze dei circuiti. Nei sistemi TN la disconnessione automatica dell’alimentazione a seguito di un guasto e per assicurare una adeguata protezione dai contatti indiretti deve rispettare la seguente relazione.

    \[    Z_S * I_a \leq U_O; \]

dove:

ZS [Ohm]:= impedenza dell’anello di guasto che comprende la sorgente, il conduttore attivo fino al punto di guasto ed il conduttore di protezione tra il punto di guasto e la sorgente;

Ia [Ampere]:= corrente che provoca l’interruzione automatica del dispositivo di protezione entro un tempo massimo (se il dispositivo di protezione è un interruttore differenziale, tale corrente coincide con la corrente differenziale nominale di intervento);

UO [Volt]:= tensione nominale verso terra;

Un altro parametro da prendere in considerazione per effettuare una scelta corretta dei dispositivi di protezione è quello relativo ai tempi di intervento del dispositivo di protezione. I tempi massimi di interruzione dipendono dal valore di tensione nominale verso terra. Nella tabella seguente sono mostrati i tempi massimi di interruzione previsti per i sistemi in corrente alternata.

Tempi massimi di interruzione per i sistemi TN [secondi]
Sistema in c. a.50 V120 V230VUo >400V
TN0,80,40,20,1

Bisogna tenere presente che tali valori, in secondi, si applicano ai circuiti protetti con dispositivi di protezione contro le sovracorrenti aventi corrente nominale massima pari a 32 Ampere.

Riassumendo, nei sistemi TN il dispositivo per la disconnessione automatica dell’alimentazione per protezione contro i contatti indiretti deve essere quindi scelto tenendo conto:

  • del valore dell’impedenza dell’anello di guasto;
  • del tempo di intervento del dispositivo di protezione.

I dispositivi di protezione utilizzabili nei sistemi TN includono:

  • interruttori magnetotermici;
  • interruttori con sganciatori elettronici;
  • interruttori differenziali.

Nei sistemi TN i valori di impedenza dell’anello di guasto sono piuttosto bassi e consegue che sono caratterizzate da correnti di guasto molto elevete.

Caratteristiche di un sistema IT

I sistemi IT sono utilizzati da impianti come ospedali o industrie chimiche che necessitano di continuità di servizio in condizione di primo guasto.

Nel sistema IT le parti attive sono elettricamente isolate da terra oppure il collegamento a terra è presente ma è ottenuta tramite una elevata impedenza. Le masse dell’impianto sono singolarmente oppure collettivamente, collegate ad un impianto di terra indipendente.

Sistema IT

Di seguito sono riportate alcune delle specifiche che caratterizzano un sistema IT.

  • I sistemi IT assicurano la continuità di servizio in condizione di primo guasto.
  • L’impianto devono essere dotati di un dispositivo di controllo dell’isolamento a funzionamento continuo
  • le parti attive sono isolate da terra oppure collegate a terra attraverso un’impedenza di valore sufficientemente elevato
  • in condizioni di primo guasto, la corrente di guasto ha valori bassi ed inferiori al valore massimo di tensione di guasto verso terra pericolosa per gli esseri umani (50V).

Guasto a terra in un sistema IT

Nei sistemi IT un guasto nell’impianto genera una corrente di guasto che circola su un circuito che si chiude sulle le capacità verso terra dell’impianto. Nella figura seguente è mostrato il percorso della corrente di guasto in condizione di primo guasto.

Circuito di guasto in un sistema IT

In considerazione del percorso della corrente di guasto, tale corrente è debole e le tensioni di contatto avranno valori bassi non rendendo necessario la disconnessione automatica dell’alimentazione. Tuttavia si rende necessaria l’installazione nell’impianto di un dispositivo di controllo dell’isolamento a funzionamento continuo. Tale dispositivo ha la funzione di segnalare la presenza di un primo guasto tra una parte attiva e masse o terra. All’insorgere del primo guasto è necessario infatti intervenire per risolverlo ed evitare che un secondo guasto a terra porti a tensioni di contatto pericolose. Il dispositivo di controllo dell’isolamento è un dispositivo che aziona un segnale sonoro e/o visivo che rimane attivo finché il primo guasto persiste.

All’accadere del primo guasto, il sistema IT perde i suoi vantaggi in termini di sicurezza ed assume le caratteristiche di un sistema TT (nel caso in cui la massa di ogni impianto che è alimentato dal sistema di distribuzione è connessa ciascuna al proprio impianto di terra) oppure di un sistema TN (nel caso in cui la massa di ogni impianto che è alimentato dal sistema di distribuzione è connessa allo stesso impianto di terra). In conseguenza di questo, i sistemi IT, in condizione di doppio guasto devono rispettare le prescrizioni relative all’interruzione automatica dell’alimentazione valide per i sistemi TT oppure TN, a seconda di come sono connesse le masse degli impianti asserviti dal sistema di distribuzione.


Differenza tra interruttore magnetotermico ed interruttore differenziale

La differenza principale tra un interruttore magnetotermico e un interruttore differenziale risiede nella loro funzione e nell’obiettivo di protezione. Entrambi i dispositivi vengono utilizzati con funzione di protezione del circuito o impianto e dell’utilizzatore dello stesso. In questo articolo vediamo quali sono le principali caratteristiche di impiego per questi dispositivi e quindi le loro differenze al fine di poter operare una scelta consapevole al momento della progettazione del circuito.

Specifiche funzionali e di protezione di un interruttore magnetotermico

Interruttore magnetotermico marca ABB, modello S401M-UCZ25

L’interruttore magnetotermico combina le caratteristiche di un interruttore sensibile alle variazioni del campo magnetico ed un interruttore sensibile alle variazioni termiche. Questo dispositivo è in grado di rilevare tali variazioni sui cavi di alimentazione che lo attraversano ed agisce aprendo tale circuito nel caso tali valori di campo magnetico e/o temperatura superino dei valori di soglia specifici e legati alle caratteristiche costruttive del modello di interruttore considerato.

Il meccanismo magnetico risponde ai picchi di corrente causati da un cortocircuito (ad esempio, guasto degli isolamenti) mentre, il meccanismo termico, risponde al surriscaldamento causato da una corrente eccessiva nel circuito (ad esempio, nel caso del blocco di un motore).

Specifiche funzionali e di protezione di un interruttore differenziale

Interruttore differenziale marca ABB, modello F202

L’interruttore differenziale (o RCD – Residual Current Device) è progettato per rilevare le differenze di corrente tra il conduttore di fase e il conduttore di neutro. Questo tipo di interruttore è utilizzato per proteggere le persone da scosse elettriche in caso di dispersione di corrente, causata da un contatto accidentale con parti sotto tensione, guasti degli isolamenti o, più in generale, guasti verso terra. Quando viene rilevata una corrente di dispersione superiore alla soglia di intervento, l’interruttore differenziale scatta, interrompendo immediatamente l’alimentazione elettrica per prevenire danni alla persona o agli apparecchi collegati.

Qual è la differenza tra interruttore magnetotermico ed interruttore differenziale?

L’interruttore magnetotermico protegge il circuito da sovraccarichi e cortocircuiti, mentre l’interruttore differenziale protegge le persone da scosse elettriche causate da correnti di dispersione. Entrambi gli interruttori svolgono un ruolo fondamentale nella sicurezza degli impianti elettrici, ma si concentrano su aspetti di protezione diversi. Sono dispositivi che permettono la protezione di un circuito, di un impianto un una porzione di esso ma agiscono in maniera complementare. Proprio in virtù del fatto che offrono un tipo di protezione dal guasto elettrico diversa se ne deduce che svolgono una funzione complementare. La scelta dell’utilizzo di un interruttore magnetotermico piuttosto che di un interruttore differenziale dipende quindi dal tipo di applicazione in cui viene inserito. Nello specifico, la scelta tra magnetotermico e differenziale, deve essere effettuata sulla base della tipologia di carico che il dispositivo ha l’obiettivo di proteggere da eventuali guasti.

Se, ad esempio, abbiamo bisogno di inserire nel nostro circuito un dispositivo che protegga da possibili guasti che possono verificarsi sull’alimentazione dei motori allora sarà utile installare un interruttore magne-totermico. Se invece abbiamo la necessità di proteggere un ramo del circuito che potrebbe essere interessato da squilibri tra corrente in ingresso ed in uscita con forme d’onda difficilmente prevedibili perché dovute all’azione contemporanea di dispositivi diversi come alimentatori switching, inverter ed inverter, allora sarà utile installare un interruttore differenziale, meglio se di tipo B.

La differenza tra interruttore magnetotermico ed interruttore differenziale risiede quindi nelle caratteristiche costruttive e quindi nella diversa destinazione d’uso o meglio, sulla diversa tipologia di guasto da cui si vuole proteggere il circuito.

Ovviamente, non è sempre così ovvio prevedere la tipologia di guasto che può verificarsi in particolar modo quando il dispositivo è posto a protezione di rami di circuito complessi. In tal caso, al fine di garantire una protezione maggiore ovvero una maggiore copertura contro i possibili guasti elettrici, risulta utile installare un dispositivo come l’interruttore magnetotermico differenziale detto, in inglese, RCBO (Residual Current Breaker with Overload protection)

Interruttore magnetotermico differenziale

Interruttore magnetotermico differenziale marca Schneider Electric, modello iCV40N

Gli interruttori differenziali con protezione da sovracorrente (RCBO) sono dispositivi elettrici progettati per fornire protezione sia contro i guasti a terra (corrente residua) che contro le sovracorrenti nei circuiti elettrici. Sono comunemente usati nelle case e negli ambienti industriali per migliorare la sicurezza elettrica.

In sintesi, gli RCBO sono progettati per fornire una protezione completa per i circuiti elettrici. Uniscono le caratteristiche di protezione differenziale e di protezione da sovracorrente in un unico dispositivo. Rilevando e rispondendo sia ai guasti a terra che alle sovracorrenti, gli RCBO svolgono un ruolo cruciale nella prevenzione dei rischi elettrici, inclusi scosse elettriche e incendi, scollegando rapidamente l’alimentazione quando vengono rilevate condizioni elettriche anomale.

Simbolo interruttore magnetotermico differenziale

L’interruttore magnetotermico differenziale è identificato negli schemi elettrici con il simbolo identificato nella figura seguente.

Simbolo interruttore magnetotermico differenziale

Interruttore differenziale (Guida pratica)

L’interruttore differenziale è un dispositivo di fondamentale importanza per la sicurezza elettrica. Qualsiasi impianto elettrico è soggetto a potenziali rischi dovuti a guasti nel cablaggio oppure nei componenti che possono portare ad elettrocuzione oppure incendi. L’interruttore differenziale gioca un ruolo chiave nella prevenzione che eventi collegati a guasti possano portare ad eventi dannosi per le persone e per l’apparecchiatura stessa. Questo articolo è rivolto a chi vuole approfondire la conoscenza su questo dispositivo molto semplice ma anche molto robusto in grado di alzare notevolmente il livello di protezione elettrica del nostro impianto.

Cos’è un interruttore differenziale?

Un interruttore differenziale, comunemente noto anche come salvavita, interruttore di terra o interruttore di dispersione, è un dispositivo di protezione progettato per rilevare correnti di dispersione o correnti di guasto verso terra in un impianto elettrico. La sua funzione principale è quella di garantire la sicurezza delle persone e la protezione contro i rischi di scosse elettriche.

L’interruttore differenziale funziona monitorando costantemente la differenza tra la corrente in ingresso e la corrente in uscita dal circuito. In condizioni normali, quando la corrente che entra nel circuito è uguale a quella che esce, le correnti sono bilanciate e quindi la loro differenza è nulla e l’interruttore differenziale rimane chiuso.

Tuttavia, se si verifica una dispersione di corrente o un guasto a terra, una parte della corrente potrebbe fluire verso terra invece di tornare attraverso il normale percorso di ritorno. In questa situazione, la somma delle correnti in ingresso e in uscita non è più bilanciata e si crea una differenza di corrente. L’interruttore differenziale rileva questa differenza di corrente e scatta immediatamente, interrompendo il flusso di corrente elettrica nel circuito.

La rapida interruzione del circuito da parte dell’interruttore differenziale aiuta a prevenire scosse elettriche pericolose per le persone, riducendo il tempo di esposizione alla corrente di dispersione o di guasto a terra. L’interruttore differenziale offre quindi una protezione aggiuntiva rispetto agli interruttori magnetotermici, che sono progettati principalmente per proteggere da sovraccarichi e cortocircuiti.

È importante notare che l’interruttore differenziale deve essere correttamente dimensionato in base alle specifiche del sistema e alle normative di sicurezza applicabili.

Come è fatto e come funziona un interruttore differenziale?

Un interruttore differenziale è costituito almeno dai seguenti componenti di base.

  • Trasformatore di corrente sommatore: generalmente realizzato in forma di anello ed in materiale ad elevata permeabilità magnetica (ad esempio realizzato tramite un toroide in permalloy).
  • Relè di scatto: è un relè dotato di magnete permanente ed è attraversato dalla corrente differenziale ovvero dal delta di corrente tra le linee. In assenza di corrente di dispersione (ovvero assenza di differenza tra corrente in ingresso ed in uscita del circuito), il magnete permanente mantiene chiusi i contatti del relè. In presenza di una corrente di dispersione oltre una certa soglia, la bobina del relè si eccita ed i contatti del relè si aprono poiché l’azione del magnete permanente non è più sufficientemente forte per mantenerli chiusi.
  • Meccanismo di sgancio: è la parte meccanica dell’interruttore differenziale che deve essere adeguata al carico di corrente atteso, sensibile al segnale che riceve dal relè e robusta per agire con forza sui contatti sulle linee di alimentazione.
  • Dispositivo di test: è costituito da un pulsante denominato “T” e da una resistenza R. Premendo il pulsante T, tramite la resistenza R, viene simulata una corrente differenziale. Questo dispositivo è utile quando si effettuano verifiche (tipicamente periodiche) del corretto funzionamento dell’interruttore differenziale oppure, ad esempio, a seguito dell’installazione.

Questi componenti, connessi tra loro, permettono di misurare e valutare l’eventuale corrente elettrica residua e interrompere la fonte di alimentazione quando questa corrente residua supera una soglia specifica. Nella figura seguente vediamo una schematizzazione semplificata del circuito interno di un interruttore differenziale monofase.

Schema semplificato di un interruttore differenziale per alimentazione monofase

Per il corretto funzionamento dell’interruttore differenziale, i cavi di alimentazione che devono essere protetti da tale dispositivo, devono passare attraverso il trasformatore sommatore.

Funzionamento dell’interruttore differenziale.

La funzione dell’interruttore differenziale (RCD) si basa sul concetto di confronto delle correnti che percorrono i cavi che attraversano il suo trasformatore di corrente sommatore. In circostanze normali, dove non sono presenti guasti fase-terra, i valori di corrente combinati o istantanei rimangono pari a zero. I campi magnetici generati dai cavi attivi inducono correnti all’interno del nucleo del trasformatore di corrente e la somma di questi valori istantanei dà come somma (vettoriale) zero. Solo quando c’è un flusso di corrente verso terra, una parte della corrente si devia dai conduttori attivi, causando uno squilibrio. Questo innesca un campo magnetico all’interno del nucleo del trasformatore di corrente e la corrente di uscita risultante attiva il relè di sgancio e invia il segnale per disconnettere i contatti dell’interruttore differenziale.

L’interruttore differenziale si attiva molto rapidamente, solitamente in pochi millisecondi, per garantire una protezione tempestiva contro le correnti di dispersione o i guasti a terra. Una volta che l’interruttore differenziale è scattato, deve essere ripristinato manualmente per riattivare l’alimentazione.

È importante notare che gli interruttori differenziali possono variare nella loro sensibilità e tempi di intervento a seconda delle specifiche del modello. In genere, gli interruttori differenziali sono progettati per rilevare correnti di dispersione nell’ordine dei milliAmpere (mA), offrendo una protezione efficace contro gli shock elettrici.

Parametri dell’interruttore differenziale

I parametri che identificano le caratteristiche di un interruttore differenziale sono sempre dichiarati dal costruttore del componente e sono:

  1. Numero di poli:
    • interruttori differenziali bipolari, ovvero con due poli;
    • interruttori differenziali tripolari, ovvero con tre poli;
    • interruttori differenziali quadripolari, ovvero con quattro poli.
  2. Corrente nominale In: è il valore di corrente dichiarata dal costruttore che il componente è in grado di sostenere durante un utilizzo continuo;
  3. Corrente differenziale d’intervento nominale In: il valore di corrente differenziale dichiarata dal costruttore a cui l’interruttore interviene;
  4. Corrente differenziale di non intervento nominale: il massimo valore di corrente differenziale al quale l’interruttore non interviene ;
  5. Tensione nominale Un: è il valore di tensione dichiarata dal costruttore a cui è previsto l’impiego dell’interruttore;
  6. Frequenza nominale: è il valore di frequenza a cui è previsto l’impiego dell’interruttore ed a cui si riferiscono le altre grandezze dichiarate dal costruttore come la tensione e la corrente;
  7. Potere di chiusura e d’interruzione nominale Im: è il valore di corrente che l’interruttore è in grado di sostenere ed interrompere nelle condizioni di utilizzo previsto. Tale valore è identificato come il valore efficace della componente in alternata della cosiddetta corrente presunta ovvero la corrente che si stima attraverserebbe l’interruttore se, al suo posto, si ponesse un conduttore di impedenza trascurabile;
  8. Potere di chiusura e d’interruzione differenziale nominale IΔm: è il valore di corrente differenziale che l’interruttore è in grado di sostenere ed interrompere nelle condizioni di utilizzo previsto. Tale valore è identificato come il valore efficace della componente in alternata della corrente presunta differenziale;
  9. Tempo di ritardo: nel caso si tratti di un interruttore differenziale di tipo S, il costruttore dichiara il ritardo intenzionale previsto per l’intervento dell’interruttore;
  10. Comportamento in presenza di correnti differenziali pulsanti unidirezionali: nel caso di interruttore differenziale di tipo AC l’intervento è assicurato per correnti alternate sinusoidali differenziali mentre, nel caso di interruttore differenziale di tipo A, l’intervento è assicurato per correnti alternate sinusoidali differenziali e per correnti differenziali pulsanti unidirezionali;
  11. Grado di protezione: indica il grado di protezione IP ovvero la protezione del componente da solidi e liquidi dall’accesso a parti pericolose, in accordo alla norma EN 60529;
  12. Corrente di cortocircuito condizionata nominale Inc: è il valore efficace di corrente presunta dichiarato dal costruttore che l’interruttore, se protetto da un adeguato dispositivo di protezione dai cortocircuito (come un interruttore magnetotermico), è in grado di sostenere;
  13. Corrente di cortocircuito differenziale condizionata nominale Ic: è il valore efficace di corrente presunta dichiarato dal costruttore che l’interruttore, se protetto da un adeguato dispositivo di protezione dai cortocircuito (come un interruttore magnetotermico), è in grado di sostenere;
  14. Metodo di installazione:
    • installazione a vista,
    • installazione ad incasso,
    • installazione a quadro;
  15. Metodo di connessione:
    • connessione a spina,
    • connessione a bullone,
    • connessione a vite;
  16. Gamme di temperatura dell’aria ambiente: (valori tipici)
    • tra –5°C e +40°C,
    • tra –25°C e +40°C.

Quali sono i principali tipi di interruttori differenziali disponibili?

Ci sono diversi tipi di interruttori differenziali disponibili, ognuno progettato per specifiche applicazioni e requisiti di protezione.

I principali tipi di interruttori differenziali sono:

  1. Interruttore differenziale tipo AC;
  2. Interruttore differenziale tipo A;
  3. Interruttore differenziale tipo F;
  4. Interruttore differenziale tipo B.

Interruttore differenziale tipo AC

Simbolo tipo AC

È il tipo più comune di interruttore differenziale e viene utilizzato per individuare una corrente differenziale alternata. Tipicamente utilizzato in applicazioni generiche.

Interruttore differenziale tipo A

Simbolo tipo A

L’interruttore differenziale di tipo A, oltre ad individuare una corrente di dispersione con forma d’onda alternata (come il differenziale di tipo AC), permette di rilevare anche correnti di dispersione pulsanti in continua. Tipicamente utilizzato in presenza di raddrizzatori a diodi o a tiristori in circuiti elettronici.

Interruttore differenziale di tipo F

Simbolo tipo F

Gli interruttori differenziali di tipo F, oltre ad avere le caratteristiche di rilevamento dei differenziali di tipo A, permettono la protezione di circuiti che includono azionamenti a velocità variabile monofase. In generale, i differenziali di tipo F risultano utili quando la corrente residua del circuito che si vuole proteggere presenta una forma d’onda che è data dal contributo di diverse frequenze derivanti, ad esempio, dalla presenza di motori, alimentatori switching etc. Gli interruttori differenziali di tipo F sono inoltre insensibili ad eventuali picchi istantanei di corrente.

Interruttore differenziale di tipo B

Simbolo tipo B

Gli interruttori differenziali di tipo B hanno la capacità di identificare un’ampia gamma di correnti elettriche, tra cui correnti alternate, correnti continue pulsanti, correnti multifrequenza combinate e correnti residue continue costanti. Hanno una grande versatilità e poiché racchiudono tutte le caratteristiche dei differenziali di tipo AC, A ed F offrono la migliore protezione nel caso in cui ci si aspetta che la corrente di dispersione possa assumere diverse forme d’onda.

Marcatura di un interruttore differenziale

Ogni interruttore differenziale è dotato di scritte e simboli posti in maniera indelebile sul proprio involucro. Tali scritte sono d’ausilio all’utilizzatore per poter riconoscere prontamente quali sono le caratteristiche principali dell’interruttore differenziale che sta utilizzando.

Nella seguente figura vediamo la legenda dei simboli di marcatura posti sull’interruttore differenziale prodotto dall’azienda ABB, modello F202.

Legenda della marcatura dell’interruttore differenziale ABB, modello F202

Simbolo interruttore differenziale

L’interruttore differenziale è identificato negli schemi elettrici con il simbolo identificato nella figura seguente.

Simbolo interruttore differenziale

Qual è la corrente differenziale nominale di un interruttore differenziale?

La corrente differenziale nominale di un interruttore differenziale, comunemente indicata come “corrente differenziale residua” o “sensibilità differenziale”, rappresenta il valore di corrente di dispersione o guasto a terra che l’interruttore differenziale è in grado di rilevare e sopportare senza scattare. Questa corrente è espressa in milliAmpere (mA) ed è specificata dal produttore dell’interruttore differenziale.

Le correnti differenziali nominali comuni per gli interruttori differenziali residenziali sono 30 mA e 300 mA. Gli interruttori differenziali con sensibilità di 30 mA sono generalmente utilizzati per applicazioni più sensibili, come bagni, cucine e zone esterne, in cui la probabilità di contatto diretto con superfici umide o conduttive è maggiore. Gli interruttori differenziali con sensibilità di 300 mA, invece, sono spesso utilizzati per applicazioni industriali o dove la presenza di correnti di dispersione leggere e temporanee è più comune.

La scelta della corrente differenziale nominale dipende dalle specifiche esigenze dell’installazione ed in generale dalla tipologia di ambiente in cui si trova il circuito o l’impianto da proteggere.

Come si installa un interruttore differenziale?

Ecco una panoramica generale dei passaggi tipici per l’installazione di un interruttore differenziale:

  1. Verifica della corretta corrente e tensione nominale. Prima di iniziare l’installazione, verifica che l’interruttore differenziale sia adatto alla corrente e alla tensione del sistema elettrico in cui verrà installato.
  2. Assicurarsi che l’alimentazione sia spenta. Prima di toccare qualsiasi componente elettrico, assicurarsi che l’alimentazione sia completamente spenta. Spegnere l’interruttore generale del pannello elettrico.
  3. Identificazione dei conduttori. Identifica i conduttori di fase, neutro e terra all’interno del pannello elettrico. Assicurati di lavorare con cautela e attenzione per evitare rischi di scossa elettrica.
  4. Montaggio dell’interruttore differenziale. Fissa l’interruttore differenziale nel pannello elettrico utilizzando le viti fornite. Assicurati di seguire le istruzioni specifiche del produttore per il corretto posizionamento e fissaggio.
  5. Collegamento dei conduttori. Collega i conduttori di fase, neutro e terra all’interruttore differenziale seguendo lo schema di cablaggio specificato dal produttore. Assicurati di rispettare le normative di riferimento e di utilizzare connettori adatti per garantire una connessione sicura e affidabile.
  6. Verifica dei collegamenti. Una volta che tutti i conduttori sono stati collegati all’interruttore differenziale, verifica che i collegamenti siano saldi e corretti. Assicurati che non ci siano fili allentati o esposti che potrebbero causare cortocircuiti o pericoli elettrici.
  7. Verifica e test. Dopo aver completato i collegamenti, esegui una verifica visiva per assicurarti che tutto sia installato correttamente. Successivamente, è consigliabile testare l’interruttore differenziale per assicurarsi che funzioni correttamente utilizzando un’apparecchiatura di test adeguata.

Ricorda che la procedura di installazione può variare a seconda del modello specifico di interruttore differenziale e delle normative locali. È fondamentale seguire le istruzioni del produttore e rispettare le normative in vigore.

Cosa succede se un interruttore differenziale scatta?

Se un interruttore differenziale scatta, significa che ha rilevato una dispersione di corrente o un guasto a terra nel circuito e ha interrotto l’alimentazione per prevenire eventuali rischi per la sicurezza. Quando un interruttore differenziale scatta, si verifica quanto segue:

  1. Intervento dell’interruttore. L’interruttore differenziale si apre e interrompe il flusso di corrente nel circuito. Ciò avviene quando il dispositivo rileva una differenza di corrente tra il conduttore di fase e il conduttore neutro al di fuori dei limiti di sicurezza prestabiliti.
  2. Interruzione dell’alimentazione. Con l’intervento dell’interruttore differenziale, l’alimentazione viene interrotta nel circuito interessato. Questo impedisce il flusso di corrente attraverso il circuito, riducendo i rischi di scossa elettrica o di danni causati dalla dispersione di corrente o dal guasto a terra.
  3. Segnalazione dell’intervento. Molte unità di interruttori differenziali sono dotate di un indicatore visivo, come un LED, che segnala l’intervento. L’indicatore si accende o cambia di colore per indicare che l’interruttore è scattato. Ciò aiuta a identificare rapidamente la causa del problema e ad intervenire di conseguenza.
  4. Isolamento del guasto. L’intervento dell’interruttore differenziale isola il circuito in cui è stato rilevato il guasto o la dispersione di corrente. Ciò evita che la corrente difettosa si diffonda ad altre parti dell’installazione elettrica, proteggendo gli utenti e prevenendo danni ai dispositivi o alle apparecchiature collegate.

Dopo che l’interruttore differenziale è scattato, è necessario individuare e risolvere la causa del guasto o della dispersione di corrente prima di riattivare l’alimentazione. Questo può richiedere una verifica del circuito, ispezioni dell’installazione elettrica, riparazioni o sostituzioni di componenti difettosi. Si consiglia di coinvolgere un elettricista qualificato per diagnosticare e correggere il problema in modo sicuro e conforme alle normative di sicurezza elettrica.

Quali sono le cause comuni di intervento di un interruttore differenziale?

Le cause comuni per cui un interruttore differenziale può intervenire o scattare includono:

  1. Dispersione di corrente. L’intervento di un interruttore differenziale è solitamente causato da una dispersione di corrente o un guasto a terra nel circuito. Questo può accadere quando un conduttore inizia a perdere corrente verso terra, anziché tornare attraverso il percorso normale di ritorno. Un’eventuale dispersione di corrente crea una differenza di corrente tra il conduttore di fase e il conduttore neutro, attivando l’interruttore differenziale per interrompere il flusso di corrente e prevenire eventuali rischi di scossa elettrica.
  2. Guasto dell’apparecchiatura. Un guasto nell’apparecchiatura collegata al circuito può causare un intervento dell’interruttore differenziale. Questo può essere causato da un malfunzionamento dell’apparecchiatura o da un cortocircuito interno che genera una dispersione di corrente.
  3. Umidità o infiltrazioni di acqua. L’acqua o l’umidità possono compromettere l’isolamento elettrico e causare una dispersione di corrente. Se l’acqua penetra nell’impianto elettrico o negli apparecchi collegati, può causare un intervento dell’interruttore differenziale per proteggere dalle possibili conseguenze per la sicurezza.
  4. Difetti nell’installazione elettrica. Errori di cablaggio, collegamenti allentati o difetti nell’installazione elettrica possono provocare dispersioni di corrente e attivare l’intervento dell’interruttore differenziale. È fondamentale che l’installazione elettrica sia eseguita correttamente per prevenire tali situazioni.
  5. Sovraccarico. Se il carico collegato al circuito supera la capacità nominale dell’interruttore differenziale, si può verificare un sovraccarico. In tal caso, l’interruttore differenziale potrebbe scattare per prevenire danni o surriscaldamento del circuito.

È importante sottolineare che l’intervento dell’interruttore differenziale è un segnale di protezione e sicurezza che indica la presenza di una condizione potenzialmente pericolosa nel circuito. In caso di intervento dell’interruttore differenziale, è necessario individuare la causa del guasto o della dispersione di corrente e correggerla prima di riattivare l’alimentazione.

Come si testa un interruttore differenziale per assicurarsi che funzioni correttamente?

Per testare un interruttore differenziale e verificare il corretto funzionamento, è consigliabile seguire le seguenti linee guida:

  1. Assicurarsi di lavorare in sicurezza. Prima di iniziare il test, assicurarsi che l’alimentazione sia spenta e che tutte le precauzioni di sicurezza siano seguite per evitare rischi di scossa elettrica.
  2. Verificare l’integrità visiva. Effettuare una verifica visiva dell’interruttore differenziale per assicurarsi che non ci siano segni di danni, fili allentati o altri segni di problemi. Se l’interruttore differenziale mostra segni evidenti di danni o malfunzionamenti, è necessario sostituirlo.
  3. Premere il pulsante di test. Gli interruttori differenziali sono dotati di un pulsante di test. Premendo questo pulsante, si simula una dispersione di corrente o un guasto a terra per verificare la risposta dell’interruttore. Quando si preme il pulsante di test, l’interruttore differenziale dovrebbe scattare immediatamente, interrompendo l’alimentazione al circuito.
  4. Verificare la posizione dell’interruttore. Dopo aver premuto il pulsante di test, assicurarsi che l’interruttore differenziale sia effettivamente scattato nella posizione “off”. Ciò conferma che l’interruttore funziona correttamente e risponde al guasto simulato.
  5. Riattivare l’interruttore. Dopo aver completato il test, riattivare l’interruttore differenziale premendo il pulsante di riattivazione o riposizionando manualmente l’interruttore nella posizione “on”. L’interruttore dovrebbe ripristinare l’alimentazione al circuito senza scattare nuovamente.

L’interruttore differenziale in breve

Un interruttore differenziale, anche noto come salvavita o RCD (Residual Current Device), è un dispositivo di protezione elettrica utilizzato per rilevare e interrompere le correnti di dispersione o i guasti verso terra in un circuito elettrico. La sua principale funzione è quella di garantire la sicurezza delle persone e prevenire gli incidenti dovuti alla presenza di correnti di dispersione.

L’interruttore differenziale monitora costantemente la differenza tra la corrente che entra nel circuito e la corrente che ne esce. Se viene rilevata una differenza significativa, che indica la presenza di una dispersione di corrente o un guasto a terra, l’interruttore differenziale scatta immediatamente, interrompendo l’alimentazione elettrica nel circuito.

L’interruttore differenziale funziona sulla base del principio dell’equilibrio delle correnti: se la corrente che entra nel circuito è diversa dalla corrente che esce, significa che una parte di corrente si è dispersa, potenzialmente attraverso una persona o un guasto. L’interruttore differenziale ha un valore nominale di corrente differenziale, che indica la quantità di corrente necessaria per farlo scattare. I valori comuni sono 30 mA (milliampere) o 300 mA.

L’interruttore differenziale è un componente importante degli impianti elettrici residenziali, commerciali e industriali. È spesso installato nella distribuzione principale dell’edificio o su circuiti specifici che richiedono una maggiore protezione, come i circuiti per bagni, cucine o esterni. La sua presenza contribuisce a ridurre il rischio di scosse elettriche, incendi e altri incidenti correlati alla corrente di dispersione.

In conclusione, l’interruttore differenziale è un dispositivo fondamentale per la sicurezza elettrica, in quanto rileva le correnti di dispersione e i guasti a terra e interrompe immediatamente l’alimentazione per proteggere le persone e prevenire danni alle apparecchiature.


Compatibilità elettromagnetica EMC (Direttiva 2014/30/UE)

Tutti i dispositivi elettrici, di qualsiasi tipo, sono in grado di generare perturbazione elettromagnetica e per questo, per poter essere commercializzati nell’Unione Europea, sono soggetti alle prescrizioni della Direttiva EMC 2014/30/UE. Che si tratti di un televisore, di una lavatrice, di un azionamento per l’apertura della porta del garage oppure di un tornio a controllo numerico, se è sul mercato europeo, allora deve essere conforme alla direttiva EMC. In questo articolo vedremo cosa si intende per compatibilità elettromagnetica, cosa è richiesto dalla direttiva ed in cosa consistono i test da effettuare per essere sicuri di essere conformi a tale Direttiva.

Cos’è la compatibilità elettromagnetica e perché è importante?

Per “compatibilità elettromagnetica” si intende l’abilità di un dispositivo di funzionare nella maniera prevista, o comunque in maniera soddisfacente, senza causare interferenze inaccettabili per gli altri dispositivi installati nello stesso ambiente elettromagnetico. Questa è la definizione di compatibilità elettromagnetica ma cerchiamo di capire meglio cosa c’è di così importante dietro questa definizione.

Per prima cosa facciamo attenzione al fatto che nella definizione è stata fatta una distinzione, non da poco, tra la capacità di un dispositivo di funzionare come previsto e la capacità di un dispositivo di non interferire (elettromagneticamente) con il funzionamento di un altro. Questi due concetti sono il cardine della compatibilità elettromagnetica e sono collegati da una parte agli aspetti di emissione elettromagnetica e dall’altra agli aspetti di immunità elettromagnetica.

In sostanza, la Direttiva EMC 2014/30/UE richiede che un dispositivo elettrico:

  1. non emetta eccessiva radiazione elettromagnetica;
  2. non sia troppo sensibile alla radiazione elettromagnetica dell’ambiente in cui è installato.

Questo ci porta quindi ai due aspetti fondamentali della compatibilità elettromagnetica che sono:

  1. emissione elettromagnetica;
  2. immunità elettromagnetica.

Condizione necessaria e sufficiente affinché un dispositivo sia conforme alla Direttiva EMC 2014/30/UE è quindi che non emetta livelli di radiazione elettromagnetica tali da perturbare altri dispositivi e che non sia troppo sensibile ai disturbi elettromagnetici che possono venire da altri dispositivi installati nelle vicinanze. I livelli di accettabilità di emissione ed immunità elettromagnetica dipendono strettamente dall’ambiente (elettromagnetico) cui il fabbricante ha destinato l’utilizzo del dispositivo. Per ogni tipologia di ambiente elettromagnetico, e più nello specifico per ogni particolare tipologia di dispositivo, ci sono delle norme armonizzate per la direttiva EMC che stabiliscono i limiti di emissione ed i livelli di accettabilità per l’immunità cui il dispositivo deve attenersi.

La compatibilità elettromagnetica è molto importante perché, nell’ottica del libero mercato tutti i dispositivi elettrici devono essere in grado di funzionare correttamente all’interno dell’ambiente previsto. Questo significa che, da un punto di vista elettromagnetico e funzionale, ci si aspetta che un frullatore possa coesistere con un microonde ed una lavatrice in un ambiente residenziale come una casa civile e, in maniera analoga, un tornio industriale possa funzionare correttamente con una pressa in un capannone industriale.

Cos’è la Direttiva EMC e qual è il suo scopo?

La Direttiva EMC è un atto giuridico dell’Unione Europea che, come tutte le Direttive, dopo essere stato pubblicato sulla gazzetta ufficiale europea ha dovuto essere recepito dai singoli stati dell’Unione. La Direttiva EMC è quindi una normativa che definisce i criteri di compatibilità elettromagnetica che taluni prodotti elettrici immessi sul mercato devono rispettare.

Lo scopo della Direttiva EMC è duplice: da una parte, come tutti gli atti giuridici dell’Unione, ha lo scopo generico di uniformare la qualità dei prodotti immessi sul mercato e, dall’altra parte, ha anche lo scopo specifico di garantire che tutti i prodotti rientranti nell’ambito della Direttiva abbiano adeguati livelli di compatibilità elettromagnetica.

Quali apparecchiature devono essere conformi alla Direttiva EMC?

La Direttiva EMC si applica a tutte quelle apparecchiature finite immesse sul mercato che sono in grado di generare disturbi elettromagnetici oppure che possono subire l’effetto dei disturbi elettromagnetici di altri dispositivi. Essenzialmente rientrano nell’ambito di applicazione della Direttiva EMC tutti quei prodotti attivi, ovvero quei prodotti il cui funzionamento deriva da sorgenti di natura elettrica. Per intenderci basti pensare che se in un dispositivo circola corrente, allora, inevitabilmente, ci saranno dei campi elettromagnetici che il dispositivo crea oppure può subire e quindi se circola corrente elettrica, il dispositivo rientra nell’ambito di applicazione della Direttiva EMC.

Alcuni esempi di apparecchiature che devono essere conformi alla Direttiva EMC sono: frullatori, lavastoviglie, frigoriferi, televisori, computer, trapani elettrici, centraline automotive, sistemi di navigazione, macchine automatiche, etc.

Alcuni dispositivi elettrici sono comunque esclusi dalla Direttiva EMC in quanto hanno delle prescrizioni particolari e rientrano nell’ambito di applicazione di altre Direttive / Regolamenti Europei.

Non rientrano nella Direttiva EMC le seguenti tipologie di prodotti:

  • apparecchiature radio che rientrano nella Direttiva 2014/53/UE e quelle utilizzate da radioamatori;
  • apparecchiature destinate ad essere utilizzate nel settore dell’aviazione civile che rientrano nell’ambito di applicazione della Direttiva 216/2008/UE;
  • kit di dispositivi utilizzati con finalità di laboratorio o di ricerca;
  • dispositivi non elettrici e che quindi non perturbano e non sono perturbati dall’ambiente elettromagnetico cui sono destinati come, ad esempio, un tavolo, una sedia, una trave, le stoviglie, un seghetto, un trapano a mano etc.

Quali sono i requisiti principali della direttiva EMC?

I requisiti della Direttiva EMC sono chiamati requisiti essenziali e riguardano gli aspetti di emissione ed immunità elettromagnetica. È necessario comunque fare una distinzione a priori tra apparecchi ed impianti fissi. La Direttiva EMC definisce come apparecchio un qualunque dispositivo elettrico finito (che rientra nell’ambito di applicazione descritto nel paragrafo precedente) destinato all’utilizzatore finale e definisce come impianto fisso un apparecchio oppure un insieme di apparecchi destinati ad essere installati in maniera permanente all’interno di un impianto.

Requisiti EMC per gli apparecchi

Gli apparecchi devono essere progettati e fabbricati in maniera tale da:

  • emettere radiazione elettromagnetica entro taluni limiti definiti al fine di non disturbare le trasmissioni radio, le telecomunicazioni o altri apparecchi potenzialmente presenti nello stesso ambiente;
  • essere immuni alla radiazione elettromagnetica prevedibile nell’ambiente di utilizzo ovvero essere in grado di funzionare correttamente in presenza di altri dispositivi.

Requisiti EMC per gli impianti fissi

Gli impianti fissi racchiudono tutti quegli apparecchi che sono assemblati ed installati permanentemente per realizzare una applicazione specifica in un luogo specifico. Per questo la Direttiva non prevede delle prescrizioni dettagliate bensì richiede che vengano applicate le buone prassi di ingegneria industriale. Queste buone prassi sono un concetto volutamente vago in quanto l’impianto viene creato dall’utilizzatore finale per delle proprie esigenze specifiche che possono essere le più diverse.

Buone prassi di ingegneria industriale (EMC) significa che l’utilizzatore finale dell’impianto fisso, in ogni fase dalla progettazione alla realizzazione di tale impianto ha tenuto conto degli aspetti elettromagnetici ed ha messo in atto tutte le strategie allo stato dell’arte per prevenire l’insorgere di problematiche di compatibilità elettromagnetica. Nella pratica questo significa che ogni apparecchio dell’impianto è stato installato seguendo le prescrizioni EMC del relativo fabbricante e che sono state adottate strategie specifiche per ridurre possibili interferenze come ad esempio l’utilizzo di filtri sull’alimentazione, schermature sui cavi, etc. L’utilizzatore finale può avvalersi di tutte le strategie di mitigazione EMC allo stato dell’arte purché siano adatte per quell’impianto. In generale, oltre che seguire quanto prescritto dal fabbricante del singolo apparecchio in termini di compatibilità elettromagnetica e tenere conto di eventuali apparecchio elettronici sensibili, l’utilizzatore, per dimostrare la compatibilità elettromagnetica di un impianto può utilizzare come riferimento le norme attualmente disponibili. Uno strumento utile in tal senso è il technical report EN 61000-5-1 che racchiude considerazioni generali e linee guida sui metodi di mitigazione volti a garantire la compatibilità elettromagnetica tra apparecchi o sistemi elettrici ed elettronici.

Quali sono i principali problemi che possono derivare da una mancanza di compatibilità elettromagnetica?

I principali problemi che possono derivare da una mancanza di compatibilità elettromagnetica sono legati al malfunzionamento dell’apparecchio oppure al malfunzionamento di apparecchi installati o presenti nello stesso ambiente.

La Direttiva EMC richiede infatti che un apparecchio elettrico abbia:

  1. un ridotto livello di emissione elettromagnetica in modo tale da non disturbare il funzionamento di altri apparecchi;
  2. una adeguata robustezza, ovvero immunità, ai disturbi che ci si aspetta siano presenti nell’ambiente di utilizzo previsto.

I problemi che si possono riscontrare in mancanza di compatibilità elettromagnetica riguardano quindi l’apparecchio in sè e gli altri apparecchi presenti nelle vicinanze. Problemi tipici che ne possono derivare includono: monitor, schermi, pannelli di comando che si bloccano, si spengono o si riavviano, cambiamento di stato dell’apparecchio diverso da quello impostato dall’utilizzatore (immaginiamo un frullatore che, impostato alla velocità 2, per effetto di rumore elettromagnetico cominci ad andare alla velocità 1 oppure alla 3 e pensiamo a quello che potrebbe succedere se invece di un frullatore abbiamo un tornio industriale!), apparecchio che in generale non risponde più ai comandi, etc.

Un esempio, in ambito civile, di una situazione che non si direbbe ma è piuttosto frequente, è quella in cui il radio comando non riesce ad attivare la movimentazione di un cancello elettrico a causa di un dispositivo nelle vicinanze come, ad esempio, un barometro posto su un balcone, oppure un sistema d’allarme che si attiva in maniera imprevista.

Quali sono i principali standard e normative relativi alla compatibilità elettromagnetica?

Cominciamo con le normative. Per convenzione per normativa si intendono gli atti giuridici (europei in questo articolo) e quindi in questo caso la normativa è unica ed è la Direttiva EMC 2014/30/UE.

Per quanto riguarda gli standard ovvero le norme armonizzate secondo la Direttiva EMC sono vari ed in continuo aggiornamento.

L’elenco completo delle norme armonizzate per la Direttiva EMC sono disponibili a questo indirizzo internet.

In generale, e questo vale per qualsiasi Direttiva / Regolamento, l’utilizzo di norme armonizzate non è obbligatorio. Tuttavia, se si utilizzano norme armonizzate si garantisce la presunzione di conformità per gli aspetti della Direttiva / Regolamento coperti da tale norma. Questo significa che se abbiamo un apparecchiatura che dobbiamo mettere sul mercato, per essere sicuri che questa sia conforme ai requisiti della Direttiva EMC e vogliamo utilizzare una norma armonizzata, allora tale norma deve essere la più specifica possibile. Il primo step da fare è quindi consultare l’elenco delle norme armonizzare, individuare quella che più si adatta alla tipologia di prodotto e, nel caso non ci siano norme specifiche utilizzare quelle generiche.

Alcuni esempi di norme armonizzate secondo la Direttiva EMC specifiche per una tipologia di prodotto sono:

  • EN 60945 – Apparecchiature e sistemi di navigazione marittima e di radiocomunicazione -Prescrizioni generali – Metodi di prova e risultati delle prove richieste
  • EN 55014-1 – Compatibilità elettromagnetica – Requisiti per gli elettrodomestici, gli utensili elettrici e gli apparecchi similari Parte 1: Emissione
  • EN 55014-2 – Compatibilità elettromagnetica – Requisiti per gli elettrodomestici, gli utensili elettrici e gli apparecchi similari Parte 2: Immunità
  • EN 55011 – Apparecchi industriali, scientifici e medicali (ISM) – Caratteristiche di radiodisturbo – Limiti e metodi di misura
  • EN 50121-1 – Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane – Compatibilità elettromagnetica Parte 1: Generalità
  • EN 55015 – Limiti e metodi di misura delle caratteristiche di radiodisturbo delle apparecchiature elettriche di illuminazione e apparecchiature similari

Nel caso non ci siano norme specifiche per quel particolare apparecchio è sempre possibile utilizzare delle norme armonizzate generiche che prendono in considerazione l’ambiente di utilizzo residenziale oppure industriale. Tali norme generiche sono le seguenti:

  • EN 61000-6-1 – Compatibilità elettromagnetica (EMC) Parte 6-1: Norme generiche – Immunità per gli ambienti residenziali, commerciali e dell’industria leggera
  • EN 61000-6-2 – Compatibilità elettromagnetica (EMC) Parte 6-2: Norme generiche – Immunità per gli ambienti industriali
  • EN 61000-6-3 – Compatibilità elettromagnetica (EMC) Parte 6-3: Norme generiche – Emissione per gli ambienti residenziali, commerciali e dell’industria leggera
  • EN 61000-6-4 – Compatibilità elettromagnetica (EMC) Parte 6-4: Norme generiche – Emissione per gli ambienti industriali

Nella tabella seguente, a titolo di esempio vengono mostrati, per alcune norme armonizzate alla Direttiva EMC il relativo ambito di applicabilità.

Numero della normaTitoloCampo di applicazione
EN 60945Apparecchiature e sistemi di navigazione marittima e di radiocomunicazione - Prescrizioni generali - Metodi di prova e risultati delle prove richiesteApparecchi radio di bordo; apparecchi di navigazione di bordo; apparecchi di bordo installati in prossimità di antenne riceventi
EN 55014-1Compatibilità elettromagnetica - Prescrizioni per gli elettrodomestici, gli utensili elettrici e gli apparecchi similari
Parte 1: Emissione
Elettrodomestici; utensili elettrici (utensili elettrici a motore o utensili portatili ad azionamento
elettromagnetico, utensili trasportabili, tosaerba e macchinario da giardino); apparecchi similare (dispositivi di comando ad alimentazione esterna che utilizzano dispositivi a semiconduttori, apparecchi elettromedicali a motore, giocattoli elettrici/elettronici, distributori automatici, giochi automatici, proiettori cinematografici o per diapositive, caricabatterie e unità di alimentazione esterne destinati all’uso con i prodotti)
EN 55014-2Compatibilità elettromagnetica - Requisiti per gli elettrodomestici, gli utensili elettrici e gli apparecchi similari Parte 2: Immunità
EN 55011Apparecchi industriali, scientifici e medicali (ISM) - Caratteristiche di radiodisturbo - Limiti e metodi di misuraApparecchi elettrici industriali, scientifici e medicali funzionanti nella gamma di frequenza compresa tra 0 Hz e 400 GHz e alle apparecchiature per uso domestico e similare destinate a generare e/o utilizzare localmente energia a radiofrequenza
EN 50121-1Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane - Compatibilità elettromagnetica
Parte 1: Generalità
Sistemi ferroviari quali ferrovie, tranvie, filovie e metropolitane
EN 55015Limiti e metodi di misura delle caratteristiche di radiodisturbo delle apparecchiature elettriche di illuminazione e apparecchiature similariApparecchi di illuminazione con funzione prevalente di generare e/o distribuire luce; parte destinata all’illuminazione degli apparecchi a funzioni multiple; apparecchi a raggi ultravioletti e infrarossi; insegne pubblicitarie al neon; apparecchi di illuminazione stradale e di aree pubbliche, previsti per esterni; apparecchi di illuminazione dei mezzi di trasporto
EN 61000-6-1Compatibilità elettromagnetica (EMC)
Data Pubblicazione
2019-06
Parte 6-1: Norme generiche - Immunità per gli ambienti residenziali, commerciali e dell'industria leggera
Apparecchiature elettriche ed elettroniche destinate all'uso in ambienti residenziali, commerciali, pubblici e dell'industria leggera ovvero ambienti come case, appartamenti, negozi, supermarket, uffici, hotel, ospedali, chiese, cinema, ...
EN 61000-6-3Compatibilità elettromagnetica (EMC)
Parte 6-3: Norme generiche - Emissione per gli ambienti residenziali, commerciali e dell’industria leggera
EN 61000-6-2Compatibilità elettromagnetica (EMC)
Parte 6-2: Norme generiche - Immunità per gli ambienti industriali
Apparecchiature elettriche ed elettroniche destinate all'uso in ambiente industriale ovvero un ambiente caratterizzato da una rete elettrica separata, alimentata da un trasformatore di alta o media tensione, dedicata all'alimentazione dell'impianto
EN 61000-6-4Compatibilità elettromagnetica (EMC)
Parte 6-4: Norme generiche - Emissione per gli ambienti industriali

Quali sono i passi necessari per garantire la compatibilità elettromagnetica di un prodotto?

Per garantire la compatibilità elettromagnetica di un prodotto occorre effettuare test e misure che diano evidenza del soddisfacimento dei requisiti essenziali della Direttiva EMC e quindi occorre verificare le performance di emissione ed immunità del prodotto.

Ecco alcuni passi generali che possono essere seguiti per garantire la compatibilità elettromagnetica di un prodotto:

  1. Identificazione delle norme armonizzate: Determinare le norme EMC applicabili al tuo prodotto in base alla sua tipologia ed all’ambiente di utilizzo previsto. Le norme EMC definiscono i limiti di emissione ed i requisiti di immunità elettromagnetica. L’utilizzo di norme armonizzate non è obbligatorio ma è fortemente consigliato in quanto è uno strumento che fornisce la presunzione di conformità ai requisiti essenziali della direttiva EMC.
  2. Progettazione EMC: Considerare la compatibilità elettromagnetica fin dalle prime fasi di progettazione del prodotto. Questo può includere la scelta di componenti o, ad esempio, layout della scheda PCB che riducono l’emissione di onde elettromagnetiche indesiderate. Alcuni esempi di accortezze utili in ambito EMC sono: utilizzo di filtri in grado di mitigare i disturbi sull’alimentazione, utilizzo di schermature e messa a terra dei telai e strutture metalliche, utilizzo di componenti in grado di lavorare ben al di sotto dei limiti stabiliti dal fabbricante, separazione tra linee di potenza e linee dati, lunghezza dei cavi non inutilmente eccessiva, isolamento di parti metalliche accessibili, etc.
  3. Analisi dei rischi: Identificare le possibili fonti di interferenze elettromagnetiche interne ed esterne al prodotto. Valutare i rischi associati e sviluppare strategie per mitigare tali interferenze.
  4. Emissione elettromagnetica (EMI): Condurre misurazioni e test per valutare l’emissione di onde elettromagnetiche dal prodotto. Questo include misure della radiazione elettromagnetica che il dispositivo emette sull’ambiente e misure dei disturbi che il dispositivo può immettere sulla rete (se collegato ad una sorgente di energia esterna, sono esclusi in questo caso i dispositivi a batteria).
  5. Immunità elettromagnetica: Verificare che il prodotto sia in grado di funzionare correttamente in presenza di interferenze elettromagnetiche esterne. Ciò viene verificato sottoponendo il dispositivo a test specifici per valutare la sua resistenza a campi magnetici, campi elettrici, scariche elettrostatiche, ecc.
  6. Documentazione tecnica: Preparare la documentazione tecnica richiesta per dimostrare la conformità EMC del prodotto. Ciò può includere rapporti di test, dichiarazioni di conformità, documentazione di progettazione EMC e specifiche da inserire nel manuale d’uso e manutenzione.

Qual è la differenza tra un’emissione elettromagnetica e un’immunità elettromagnetica?

L’emissione elettromagnetica riflette i disturbi elettromagnetici che il dispositivo può emettere nel funzionamento normale e che possono incidere sul corretto comportamento di altri dispositivi presenti nello stesso ambiente. L’emissione elettromagnetica è prodotta dal dispositivo nell’ambiente e / o sulla linea di alimentazione.

L’immunità elettromagnetica indica la capacità del dispositivo di sostenere i disturbi che ci si aspetta siano presenti nell’ambiente di utilizzo e quindi di funzionare correttamente. L’immunità elettromagnetica tiene in conto i disturbi che il dispositivo può subire provenienti dall’ambiente e / o disturbi che arrivano dalla linea di alimentazione (es. fulmini, buchi di tensioni, etc).

Quali sono i metodi di prova utilizzati per valutare la compatibilità elettromagnetica di un prodotto?

I metodi di prova utilizzati per valutare la compatibilità elettromagnetica si suddividono in metodi per l’emissione e per l’immunità elettromagnetica. Vediamo di seguito quali sono.

Tipica antenna per misure EMC

Metodi di prova per la valutazione dell’emissione elettromagnetica:

  • Emissione irradiata. Si utilizzano antenne e relativo ricevitore per la misura della radiazione elettromagnetica emessa dal dispositivo con questo in funzionamento a pieno regime in un range di frequenze stabilito dalla norma di prodotto. Queste misure possono essere effettuate in camera anecoica / camera semi-anecoica / ambiente aperto. Le camere anecoiche sono delle strutture speciali costruite secondo determinati principi tali da isolare l’interno delle stesse dalla radiazione elettromagnetica che ci circonda. Le prove in campo aperto risentono della presenza delle emissioni dovuti alle trasmissioni radio e delle telecomunicazioni. Alti livelli di emissione radiata possono potenzialmente disturbare il funzionamento delle apparecchiature poste nelle vicinanze.
  • Emissione condotta (sulla linea di alimentazione). Viene posto un trasformatore di isolamento ed un ricevitore a monte del conduttore di alimentazione del dispositivo per misurare il livello di disturbi elettromagnetici che il dispositivo può immettere sulla rete di alimentazione quando è in funzionamento a pieno regime. Alti livelli di emissione condotta possono potenzialmente disturbare il funzionamento delle apparecchiature che sono connesse alla stessa rete di alimentazione.
  • Emissione condotta (sulla porta di telecomunicazione). In maniera analoga alla misura di emissione sull’alimentazione serve a verificare i disturbi emessi dal dispositivo tramite una porta di telecomunicazione. In questo caso viene utilizzata una LISN (Line Impedance Stabilization Network) ovvero un dispositivo di stabilizzazione dell’impedenza rappresentato da una impedenza di modo comune pari a 150 Ω.
  • Distorsione armonica. Vengono misurati i livelli di distorsione della forma d’onda della corrente. Questi disturbi sono tipicamente trasmessi quando sono presenti carichi non lineari ovvero che variano durante il funzionamento e possono essere causati da componenti come alimentatori switching e gruppi di continuità. Disturbi del genere possono compromettere il funzionamento di trasformatori e convertitori.
  • Fluttuazioni di tensione / Flicker. Si verificano le fluttuazioni di tensione sull’alimentazione. Queste fluttuazioni si verificano tipicamente come conseguenza di variazioni nell’assorbimento di corrente ovvero quando, durante il funzionamento, entrano in gioco componenti con assorbimenti importanti ma in maniera discontinua.

Metodi di prova per la valutazione dell’immunità elettromagnetica possono essere a loro volta suddivisi in test sull’involucro del prodotto e test sulle porte del prodotto.

Test di immunità sull’involucro:

  • Immunità irradiate – Campo magnetico a frequenza di rete. Il dispositivo, posto in camera anecoica viene sottoposto a radiazione elettromagnetica tramite antenna.
  • Immunità alle scariche elettrostatiche. Viene utilizzata una “pistola” in grado di generare delle scariche elettriche che simulano per ampiezza quelle elettrostatiche. Il test viene chiamato ESD (ElectroStatic Discharge) e prevede due test. Il primo test è l’applicazione della scarica per contatto sulle parti conduttive accessibili dell’involucro del prodotto. Il secondo test prevede l’applicazione della scarica “in aria” ovvero senza contatto diretto ma in prossimità delle superfici non conduttive. La prova in aria di solito viene effettuata su parti isolanti che racchiudono dei componenti elettronici come ad esempio gli schermi dei pannelli utente.

Test di immunità sulle porte:

  • Immunità condotta – Disturbi a radiofrequenza di modo comune. Tramite un generatore di forme d’onda e, tipicamente, un amplificatore viene immesso tramite l’alimentazione del dispositivo un disturbo a radiofrequenze in un intervallo di frequenze definito dalla norma. La linea viene stabilizzata tramite l’utilizzo di una LISN.
  • Immunità ai transitori veloci (burst). Viene immesso sulla linea un disturbo rappresentato da un treno di impulsi veloci con frequenza ed ampiezza definiti da norma.
  • Immunità agli impulsi (surge). Viene immesso sulla linea un disturbo che simula quello di un fulmine ovvero una tensione molto alta in ampiezza e molto breve in durata.
  • Immunità alle interruzioni di tensione (dips). Viene simulata l’assenza della tensione di rete per brevi cicli. Durata e frequenza dei buchi è definita dalla relativa norma di prodotto.

Questi appena descritti sono i principali test che vengono svolti per valutare la conformità elettromagnetica. Tuttavia bisogna tenere presente che non tutti i test sono sempre applicabili (ad esempio non si svolgono i test sull’alimentazione se il dispositivo è a batteria) ed inoltre che i livelli di emissione ed immunità vengono definiti all’interno della norma di prodotto e tengono in considerazione le caratteristiche comuni dell’ambiente elettromagnetico cui tipicamente si trovano ad operare quelle tipologie specifiche di prodotti.

Per valutare se un prodotto conforme alla Direttiva EMC occorre effettuare tutte le misure relative all’emissione e tutti i test relativi alle immunità richieste dalla relativa norma. Un prodotto è conforme se i livelli di emissione elettromagnetica sono inferiori ai limiti stabiliti dalla norma. Per quanto riguarda i test di immunità occorre valutare il livello di prestazione raggiunto dal prodotto. Ogni norma definisce per ogni test quale deve essere la performance minima che il prodotto deve garantire. Al termine di una prova di immunità si nota il comportamento del dispositivo e si valuta la prestazione secondo dei criteri precisi.

Vediamo di seguito come sono definiti i criteri di valutazione delle prestazioni per la valutazione delle prove di immunità.

  1. Criterio di prestazione A: L’apparecchiatura funziona come previsto durante e dopo la prova. Non è permessa alcuna degradazione di prestazione o perdita di funzione al di sotto di un livello di prestazione specificato dal costruttore. Il livello di prestazione può essere sostituito da una perdita di prestazione accettabile specificata dal costruttore oppure dedotta dalla descrizione e dalla documentazione del prodotto. (Il dispositivo è praticamente insensibile ai disturbi subiti)
  2. Criterio di prestazione B: L’apparecchio funziona come previsto dopo la prova. Non è permessa alcuna degradazione di prestazione o perdita di funzione al di sotto di un livello di prestazione specificato dal costruttore. Il livello di prestazione può essere sostituito da una perdita di prestazione accettabile. Tuttavia, durante la prova è ammessa una degradazione della prestazione. Non è permessa alcuna modifica dello stato di funzionamento in atto o dei dati immagazzinati. (Il dispositivo potrebbe avere un lieve e temporaneo malfunzionamento ma al termine della prova deve funzionare correttamente senza che siano necessari interventi.
  3. Criterio di prestazione C: È permessa una temporanea perdita di funzione, purché la funzione sia ripristinabile autonomamente o tramite l’azionamento dei dispositivi di comando (ripristino manuale).

Come posso identificare se un prodotto è conforme alle norme di compatibilità elettromagnetica?

Per verificare se un prodotto che vogliamo commercializzare è conforme occorre svolgere test e misure come spiegato nel paragrafo precedente. Se, invece, vogliamo capire se un prodotto che abbiamo acquistato è conforme alla Direttiva EMC occorre analizzare quanto riportato nella dichiarazione di conformità del prodotto, verificare che sia stata citata la Direttiva 2014/30/UE e le eventuali norme utilizzate per la presunzione di conformità fossero valide alla data di immissione sul mercato e siano coerenti con la tipologia di prodotto.

Norme base di riferimento per l’esecuzione dei test EMC

Tutti i test e le misure svolte per verificare la compatibilità elettromagnetica di un prodotto devono essere effettuate secondo precisi metodi di prova stabiliti in altre norme. Di seguito vengono riportati i riferimenti normativi per i metodi di prova più comuni per le EMC.

Norme base per i test di emissione.

PortaTestNorma base
InvolucroEmissione irradiateCISPR 16-1-1
CISPR 16-1-4
CISPR 16-2-3
Porta c.a.Emissione condottaCISPR 16-1-1
CISPR 16-1-2
CISPR 16-2-1
Distorsione armonicaIEC 61000-3-2
FlickerIEC 61000-3-3
Porta c.c.Emissione condottaCISPR 16-1-1
CISPR 16-1-2
CISPR 16-2-1
Porta di segnaleEmissione condottaCISPR 22

Norme base per i test di immunità.

PortaTestNorma base
InvolucroImmunità a campi magnetici a frequenza di reteIEC 61000-4-8
Immunità ai campi elettromagnetici irradiati a radiofrequenzaIEC 61000-4-3
Immunità a scariche di elettricità staticaIEC 61000-4-2
Porta c.a.Immunità ai disturbi condotti, indotti da campi a radiofrequenzaIEC 61000-4-6
Immunità a transitori/raffiche di impulsi elettrici velociIEC 61000-4-4
Immunità ad impulsoIEC 61000-4-5
Immunità ai disturbi condotti, indotti da campi a radiofrequenzaIEC 61000-4-6
Porta c.c.Immunità a transitori/raffiche di impulsi elettrici velociIEC 61000-4-4
Immunità ad impulsoIEC 61000-4-5
Immunità ai disturbi condotti, indotti da campi a radiofrequenzaIEC 61000-4-6
Porta di segnaleImmunità a transitori/raffiche di impulsi elettrici velociIEC 61000-4-4
Immunità ad impulsoIEC 61000-4-5
Immunità ai disturbi condotti, indotti da campi a radiofrequenzaIEC 61000-4-6

Occorre tenere presente che l’elenco non è esaustivo e le norme base ed i metodi di prova potrebbero essere applicati totalmente oppure in parte. Bisogna sempre fare riferimento a quanto riportato nella norma di prodotto per sapere quali test eseguire e quali norme utilizzare per poter svolgere tali test.

Breve panoramica sulla Direttiva EMC 2014/30/UE

La Direttiva EMC 2014/30/UE è una normativa dell’Unione Europea che riguarda la compatibilità elettromagnetica dei prodotti elettrici ed elettronici. Ecco una breve panoramica della direttiva:

  1. Scopo: La direttiva EMC ha lo scopo di garantire che i prodotti elettrici ed elettronici immessi sul mercato dell’Unione Europea siano progettati e fabbricati in modo da funzionare correttamente ed avere adeguate prestazioni in presenza di interferenze elettromagnetiche.
  2. Ambito di applicazione: La direttiva si applica a una vasta gamma di prodotti, inclusi dispositivi domestici, apparecchi industriali, strumentazione di laboratorio, apparecchi di telecomunicazione, componenti elettronici, ecc.
  3. Emissione e immunità: La direttiva EMC definisce i requisiti per l’emissione di disturbi elettromagnetici dei prodotti (ovvero quanto un prodotto emette onde elettromagnetiche indesiderate) e per la loro immunità alle interferenze elettromagnetiche esterne (ovvero quanto il prodotto è resistente a interferenze esterne).
  4. Limiti e standard: La direttiva stabilisce limiti di emissione elettromagnetica che i prodotti devono rispettare. Inoltre, fa riferimento a norme armonizzate che forniscono dettagli tecnici specifici per la valutazione della conformità EMC dei prodotti.
  5. Valutazione della conformità: I produttori sono tenuti a effettuare una valutazione della conformità per dimostrare che i loro prodotti rispettano i requisiti della direttiva EMC. Ciò può includere la valutazione dei dati tecnici, dei test di laboratorio e della documentazione tecnica.
  6. Marcatura CE: Se un prodotto rispetta i requisiti della direttiva EMC, il produttore può apporre il marchio CE (Conformité Européene) per indicare la conformità ai requisiti europei.
  7. Documentazione tecnica: I produttori devono preparare una documentazione tecnica adeguata, che comprende informazioni sulla progettazione, i test e la conformità EMC del prodotto. Tale documentazione deve essere disponibile per le autorità di vigilanza competenti.


Interruttore magnetotermico (Guida pratica)

Gli interruttori magnetotermici sono dispositivi elettrici utilizzati a protezione degli impianti. Vengono utilizzati per proteggere gli impianti elettrici e prevenire incidenti dovuti a sovraccarichi e cortocircuiti. Li troviamo praticamente ovunque messi a protezione di impianti elettrici domestici, commerciali e industriali. Se è così facile trovarli, è per un semplice motivo ovvero sono importantissimi per assicurare adeguata protezione elettrica su una linea di potenza, che sia l’impianto di casa oppure l’alimentazione trifase di un motore di una macchina automatica. Sono piccoli, semplici e molto potenti dal punto di vista della protezione elettrica. In questo articolo vedremo le caratteristiche salienti degli interruttori magnetotermici per capirne meglio come sono fatti, quale è il principio di funzionamento e come usarli.

Cos’è un interruttore magnetotermico e a cosa serve?

Un interruttore magnetotermico è un dispositivo elettrico che viene utilizzato per proteggere gli impianti elettrici da sovraccarichi e cortocircuiti. Esso combina le funzioni di un interruttore termico e di un interruttore magnetico in un unico dispositivo.

La principale funzione di un interruttore magnetotermico è quella di interrompere il flusso di corrente in un circuito in caso di anomalie che potrebbero provocare danni o rischi per la sicurezza. Ciò avviene quando la corrente che attraversa il circuito supera la soglia preimpostata dell’interruttore.

La componente termica dell’interruttore risponde al surriscaldamento causato da una corrente eccessiva nel circuito come quella che si può verificare quando un motore va in blocco. Ad esempio, se un circuito viene sovraccaricato con corrente superiore alla sua capacità nominale per un determinato periodo di tempo, l’interruttore magnetotermico rileva l’aumento di temperatura e si apre per interrompere il flusso di corrente, proteggendo così il circuito da danni, possibili incendi ed in generale dal cedimento degli isolamenti dei cablaggi.

La componente magnetica dell’interruttore, invece, risponde ai picchi di corrente causati da un cortocircuito. Quando si verifica un cortocircuito, cioè un collegamento diretto tra due conduttori ad esempio tra fase e fase oppure tra fase e terra, la corrente aumenta rapidamente a valori molto elevati. L’interruttore magnetotermico rileva questa anomalia magnetica e si apre istantaneamente per interrompere il flusso di corrente, proteggendo il circuito e prevenendo danni ai dispositivi elettrici collegati.

Gli interruttori magnetotermici sono comunemente utilizzati in impianti elettrici residenziali, commerciali e industriali, offrendo una protezione affidabile e una sicurezza operativa per le persone e le apparecchiature elettriche presenti nel circuito. Gli interruttori magnetotermici entrano in gioco a protezione di un circuito automaticamente quando si verifica una situazione anomala oppure un guasto in quanto sono in grado di rilevare tramite un assorbimento anomalo di corrente oppure un surriscaldamento dei conduttori.

Come funziona un interruttore magnetotermico?

Un interruttore magnetotermico funziona combinando due meccanismi: un meccanismo termico e un meccanismo magnetico. Questi meccanismi sono ottenuti combinando un relè termico ed un relè elettromagnetico per rispondere a due tipi di anomalie elettriche: sovraccarichi e cortocircuiti.

Sezione di un interruttore magnetotermico

Ecco come funziona il processo di interruzione di un interruttore magnetotermico:

  1. Meccanismo termico. Il meccanismo termico dell’interruttore magnetotermico è sensibile all’aumento di temperatura causato da una corrente eccessiva nel circuito. All’interno dell’interruttore, è presente un elemento tipicamente bimetallico che reagisce all’aumento di calore. Quando la corrente supera il valore nominale o la corrente di sovraccarico preimpostata per un determinato periodo di tempo, l’elemento bimetallico si riscalda e si curva, attivando il meccanismo di apertura dell’interruttore. L’apertura del circuito causa quindi l’interruzione del flusso di corrente e protegge il sistema dagli effetti dannosi del sovraccarico.
  2. Meccanismo magnetico. Il meccanismo magnetico dell’interruttore magnetotermico è sensibile ai picchi di corrente causati da un cortocircuito. All’interno dell’interruttore, è presente un sistema magnetico che genera un campo magnetico. Nel caso di un cortocircuito, la corrente aumenta rapidamente a valori molto elevati generando un campo magnetico che attiva un meccanismo di apertura dell’interruttore. L’apertura del circuito interrompe immediatamente il flusso di corrente nel circuito, proteggendo il sistema e prevenendo danni alle apparecchiature.

È importante notare che gli interruttori magnetotermici sono progettati per essere riarmabili manualmente dopo che si sono aperti a causa di sovraccarichi o cortocircuiti. Dopo aver risolto il problema che ha causato l’intervento dell’interruttore, è possibile riattivare l’interruttore manualmente per ripristinare l’alimentazione elettrica nel circuito.

In sintesi, l’interruttore magnetotermico funziona rilevando sia il surriscaldamento dovuto a sovraccarichi che i picchi di corrente causati da cortocircuiti. Utilizzando un meccanismo termico e un meccanismo magnetico, l’interruttore apre il circuito quando viene superata la soglia preimpostata, garantendo la protezione del sistema e delle apparecchiature elettriche.

Caratteristica tempo-corrente di un interruttore magnetotermico

Nella figura seguente vediamo la rappresentazione grafica dell’andamento tempo-corrente tipica di un interruttore magnetotermico. La linea rossa indica i valori di corrente a cui si ha l’intervento dell’interruttore per valori di tempo indicati nell’asse verticale.

Caratteristica tempo-corrente tipica di un interruttore magnetotermico

Come si può notare dal grafico, l’intervento del meccanismo termico avviene per valori bassi di corrente ed in un tempo che è più lento per correnti più basse e questo è dovuto al tempo necessario alla lamina bimetallica di deformarsi sotto l’effetto del calore. Per valori alti di corrente, invece, interviene il meccanismo magnetico che è decisamente più rapido nell’aprire l’interruttore.

Parametri di un interruttore magnetotermico

I parametri principali che caratterizzano un interruttore magnetotermico sono:

  1. Valore nominale. Valori delle grandezze di corrente, tensione e frequenza che definiscono le condizioni di funzionamento previste dal costruttore del dispositivo;
  2. Corrente nominale. Per gli interruttori magnetotermici destinati all’uso in impianti domestici il valore di corrente nominale, per convenzione, è uno di questi: 6A, 10A, 13A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A, 100A e 125A.
  3. Potere di interruzione. Il valore di corrente che si ha su un polo dell’interruttore all’inizio dell’arco elettrico.
  4. Limiti della corrente di intervento.

Altri parametri che possono essere presi in considerazione riguardano la classificazione dei tipi di interruttori magnetotermici e sono descritti di seguito.

Tipi di interruttore magnetotermico

Gli interruttori magnetotermici sono principalmente classificati sulla base delle seguenti caratteristiche:

  1. Numero di poli
    • interruttori unipolari
    • interruttori bipolari con un polo protetto;
    • interruttori bipolari con due poli protetti;
    • interruttori tripolari con tre poli protetti;
    • interruttori quadripolari con tre poli protetti;
    • interruttori quadripolari con quattro poli protetti.
  2. Modalità di installazione
    • interruttore a vista
    • interruttore incassato
    • interruttore per montaggio su guida DIN
  3. Modalità di connessione elettrica
    • interruttore a spina
    • interruttore a bullone
    • interruttore a vite
  4. Corrente di intervento It
    • tipo B
    • tipo C
    • tipo D
    • tipo K
    • tipo Z.

Corrente di intervento – Interruttore magnetico di tipo B, tipo C, tipo D, tipo K e tipo Z

Gli interruttori magnetotermici sono classificati secondo la propria caratteristica di intervento tramite una delle seguenti lettere: B, C, D, K, Z. Per convenzione, sulla base di quanto definito dalle norme di prodotto ad ogni lettera è associato un limite superiore ed uno inferiore relativo ai valori di corrente che portano all’intervento del dispositivo. Ad ogni coppia di limiti corrisponde quindi una lettera ma ogni fabbricante è libero di definire un valore di corrente preciso all’interno di quei limiti. I limiti definiscono la tolleranza entro cui il fabbricante può classificare la tipologia di interruttore sulla base della caratteristica di intervento.

Nella figura seguente viene mostrato il grafico delle curve di intervento per ogni tipologia di interruttore magnetotermico.

Caratteristica di intervento: B
Corrente nominale In: da 6 A a 63 A
Corrente di non intervento termico: 1,13 A x In
Corrente di intervento termico: 1,45 A x In
Range di intervento magnetico: > 3 A x In e <= 5 A x In

Caratteristica di intervento: C
Corrente nominale In: da 0,5 A a 63 A
Corrente di non intervento termico: 1,13 A x In
Corrente di intervento termico: 1,45 A x In
Range di intervento magnetico: > 5 A x In e <= 10 A x In

Caratteristica di intervento: D
Corrente nominale In: da 0,5 A a 63 A
Corrente di non intervento termico: 1,13 A x In
Corrente di intervento termico: 1,45 A x In
Range di intervento magnetico: > 10 A x In e <= 20 A x In

Caratteristica di intervento: K
Corrente nominale In: da 0,5 A a 63 A
Corrente di non intervento termico: 1,05 A x In
Corrente di intervento termico: 1,2 A x In
Range di intervento magnetico: > 10 A x In e <= 14 A x In

Caratteristica di intervento: Z
Corrente nominale In: da 0,5 A a 63 A
Corrente di non intervento termico: 1,05 A x In
Corrente di intervento termico: 1,2 A x In
Range di intervento magnetico: > 2 A x In e <= 3 A x In

Simbolo dell’interruttore magnetotermico

L’interruttore magnetotermico è rappresentato negli schemi elettrici con il seguente simbolo.

Simbolo dell’interruttore magnetotermico

Come si può vedere il simbolo dell’interruttore magnetotermico è realizzato combinando il simbolo dell’interruttore termico con il simbolo dell’interruttore magnetico.

Qual è il valore nominale di corrente di un interruttore magnetotermico?

Il valore nominale di corrente di un interruttore magnetotermico si riferisce alla corrente massima che può fluire attraverso l’interruttore senza che questo scatti. Questo valore è indicato sulla targhetta dell’interruttore ed è espresso in ampere (A).

I valori nominali di corrente possono variare in base al tipo e al modello dell’interruttore magnetotermico. Nell’ambito residenziale, gli interruttori magnetotermici comuni possono avere valori nominali di corrente tra 6A e 63A.

La scelta del valore nominale di corrente di un interruttore magnetotermico dipende dalle caratteristiche del carico elettrico che dovrà proteggere. È importante selezionare un interruttore con un valore nominale di corrente adeguato in modo che possa gestire la corrente richiesta dal carico senza scattare in modo indesiderato, ma allo stesso tempo garantendo una protezione efficace in caso di sovraccarico o cortocircuito.

Quando si sceglie un interruttore magnetotermico, è necessario valutare il tipo di carico elettrico, la potenza richiesta, la sezione dei cavi e le normative di sicurezza applicabili per determinare il valore nominale di corrente appropriato.

Cosa succede se un interruttore magnetotermico scatta?

Quando un interruttore magnetotermico scatta, significa che si è verificato un evento che ha superato i limiti di protezione dell’interruttore. Ciò può essere causato da due situazioni principali: sovraccarico o cortocircuito.

  1. Sovraccarico: Un sovraccarico si verifica quando la corrente che scorre attraverso l’interruttore supera il suo valore nominale per un periodo di tempo prolungato. Ad esempio, se un circuito progettato per una corrente massima di 10A viene sovraccaricato a 15A per un lungo periodo, l’interruttore magnetotermico scatta per interrompere il flusso di corrente e proteggere il circuito. In questo caso, lo scatto dell’interruttore è dovuto alla protezione termica, che rileva l’eccesso di calore generato dal sovraccarico.
  2. Cortocircuito: Un cortocircuito si verifica quando due conduttori si connettono direttamente senza resistenza nel circuito, generando un flusso di corrente molto elevato. In questa situazione, l’interruttore magnetotermico scatta rapidamente per interrompere il flusso di corrente e proteggere il sistema da danni e rischi di incendio. Lo scatto dell’interruttore in caso di cortocircuito è dovuto alla protezione magnetica, che rileva il rapido aumento della corrente e attiva l’interruzione immediata.

Quando un interruttore magnetotermico scatta, interrompe l’alimentazione del circuito in modo da prevenire danni alle apparecchiature, ridurre il rischio di incendio e proteggere la sicurezza delle persone. Dopo lo scatto, è necessario identificare e correggere la causa del problema prima di riattivare l’interruttore.

Una volta risolta la causa del problema, l’interruttore magnetotermico può essere riattivato manualmente. Tuttavia, se l’interruttore continua a scattare in modo indesiderato o se si riscontrano frequenti scatti senza una causa apparente, potrebbe essere necessario un controllo più approfondito del sistema e l’intervento di un elettricista qualificato per identificare e risolvere il problema sottostante.

Cosa causa il sovraccarico di un circuito e come può essere evitato?

Il sovraccarico di un circuito può essere causato da diverse situazioni, tra cui:

  1. Utilizzo eccessivo di carichi: Collegare troppi dispositivi o apparecchi elettrici a un unico circuito può far sì che la corrente richiesta superi la capacità di gestione dell’interruttore magnetotermico. Ad esempio, collegare molti elettrodomestici alla stessa presa o utilizzare prolunghe multiple può portare a un sovraccarico del circuito.
  2. Cavi sottodimensionati: L’uso di cavi con una sezione trasversale inadeguata per il carico in questione può limitare la capacità del circuito di gestire la corrente richiesta. I cavi sottodimensionati possono causare un aumento della resistenza elettrica, che a sua volta genera calore e può portare a un sovraccarico.
  3. Malfunzionamento o guasto di apparecchiature: Le apparecchiature elettriche difettose o guaste possono causare un flusso di corrente anomalo che supera la capacità del circuito. Ad esempio, un cortocircuito all’interno di un elettrodomestico può causare un sovraccarico del circuito.

Per evitare il sovraccarico di un circuito, è possibile adottare le seguenti precauzioni:

  1. Distribuire il carico: Distribuire il carico elettrico in modo equilibrato tra i diversi circuiti disponibili. Evitare di collegare un numero eccessivo di apparecchi o dispositivi a un unico circuito.
  2. Calcolare la capacità di carico: Verificare la capacità di carico massima del circuito in base al valore nominale dell’interruttore magnetotermico. Assicurarsi che la somma delle correnti richieste dagli apparecchi collegati al circuito sia inferiore alla capacità dell’interruttore.
  3. Utilizzare cavi adeguati: Utilizzare cavi con una sezione trasversale corretta per il carico previsto. È possibile consultare le tabelle e le norme di dimensionamento dei cavi per garantire che siano in grado di gestire la corrente richiesta senza surriscaldarsi.
  4. Monitorare e sostituire le apparecchiature difettose: Verificare regolarmente lo stato delle apparecchiature elettriche per individuare eventuali malfunzionamenti o guasti. In caso di problemi, sostituire o riparare le apparecchiature prima che possano causare un sovraccarico del circuito.

Prendere precauzioni adeguate per evitare il sovraccarico dei circuiti è fondamentale per garantire la sicurezza degli impianti elettrici, prevenendo guasti che potrebbero danneggiare irrimediabilmente l’impianto.

Come si testa un interruttore magnetotermico per assicurarsi che funzioni correttamente?

Il test di un interruttore magnetotermico può essere eseguito per assicurarsi che funzioni correttamente e si attivi quando necessario. Ecco alcuni passaggi generali per testare un interruttore magnetotermico:

  1. Assicurarsi che l’alimentazione sia spenta: Prima di iniziare il test, assicurarsi che l’alimentazione dell’impianto elettrico sia spenta per evitare rischi di scossa elettrica.
  2. Verificare il collegamento dei cavi: Assicurarsi che i cavi di alimentazione e quelli collegati all’uscita dell’interruttore magnetotermico siano collegati correttamente e saldamente.
  3. Caricare il circuito: Collegare il carico o un dispositivo di prova al circuito controllato dall’interruttore magnetotermico. Assicurarsi che il carico corrisponda alla capacità dell’interruttore, ma senza superarla.
  4. Riattivare l’alimentazione: Riattivare gradualmente l’alimentazione dell’impianto elettrico.
  5. Verificare il funzionamento: Verificare che l’interruttore magnetotermico si attivi correttamente in risposta a una condizione di sovraccarico o cortocircuito. Ciò può essere fatto attraverso diverse modalità: a. Sovraccarico: Collegare temporaneamente un carico superiore alla capacità nominale dell’interruttore magnetotermico. Monitorare se l’interruttore scatta entro il tempo di intervento specificato (ad esempio, 5 secondi per un sovraccarico). b. Cortocircuito: Simulare un cortocircuito nel circuito utilizzando un dispositivo di prova appositamente progettato per generare una corrente di cortocircuito. Verificare che l’interruttore magnetotermico si attivi immediatamente e interrompa il flusso di corrente.
  6. Riattivazione e verifica: Dopo aver completato i test, riportare l’interruttore magnetotermico nella posizione normale, riattivare completamente l’alimentazione elettrica e verificare che il carico funzioni normalmente.

È importante notare che i test degli interruttori magnetotermici devono essere effettuati con attenzione e seguendo le norme di sicurezza appropriate. Se si è inesperti o non si è sicuri di come eseguire il test correttamente, è consigliabile consultare un elettricista qualificato per effettuare il test o fornire indicazioni specifiche in base alle normative locali.

Breve panoramica sugli interruttori magnetotermici

L’interruttore magnetotermico è progettato per proteggere il circuito da sovraccarichi e cortocircuiti. Contiene un meccanismo termico che risponde al surriscaldamento causato da una corrente eccessiva nel circuito e un meccanismo magnetico che risponde ai picchi di corrente causati da un cortocircuito. Quando la corrente supera una soglia preimpostata, l’interruttore magnetotermico si apre interrompendo il flusso di corrente e proteggendo il circuito.

Gli interruttori magnetotermici svolgono un ruolo cruciale nella protezione degli impianti elettrici, assicurando che i circuiti siano protetti da sovraccarichi e cortocircuiti per garantire la sicurezza delle persone e degli apparecchi elettrici.


Termocoppia (Guida pratica)

La termocoppia è un dispositivo utilizzato per misurare la temperatura attraverso l’effetto termoelettrico detto effetto Seebeck. Le termocoppie sono molto utili e pratiche quando ci serve conoscere la temperatura di un dispositivo all’interno del nostro circuito oppure, in generale, di un oggetto. In questo articolo vedremo come è fatta una termocoppia, a cosa serve e tutte le informazioni fondamentali per poter scegliere correttamente quella giusta per il nostro progetto.

Cos’è una termocoppia e come funziona?

La termocoppia è un dispositivo di misurazione della temperatura basata sull’effetto termoelettrico Seebeck.

La termocoppia è costituita da due elementi conduttori di leghe metalliche diverse che sono connessi insieme in un punto chiamato giunzione di misura o giunzione calda. L’altro estremo dei fili è collegato a un circuito di lettura o a un dispositivo di misurazione ed è chiamata giunzione fredda.

Elementi della termocoppia

Il funzionamento di una termocoppia si basa sull’effetto Seebeck, che afferma che quando due metalli differenti sono a contatto e la temperatura varia lungo la loro lunghezza, si genera una differenza di potenziale elettrico tra i due punti di contatto. Questa differenza di potenziale è nota come tensione termoelettrica.

Schema funzionamento termocoppia

Quando la giunzione di misura viene esposta a una variazione di temperatura, si crea una differenza di temperatura tra la giunzione calda e un punto di riferimento noto come giunzione fredda. Questa differenza di temperatura provoca la generazione di una tensione termoelettrica proporzionale alla differenza di temperatura.

Il circuito di lettura collegato alla termocoppia misura la tensione termoelettrica e la converte in una misura di temperatura utilizzando le caratteristiche note della termocoppia. Poiché la tensione termoelettrica dipende dalla differenza di temperatura, la lettura di temperatura è calcolata in base alla differenza di tensione tra la giunzione calda e la giunzione fredda.

È importante notare che le termocoppie richiedono una giunzione fredda di riferimento per compensare l’effetto della temperatura ambiente sulla misurazione. Questa giunzione fredda può essere realizzata utilizzando un giunto o un punto di riferimento a temperatura costante. La differenza di tensione misurata tra la giunzione calda e la giunzione fredda viene quindi corretta per ottenere una misurazione accurata della temperatura effettiva.

Le termocoppie sono ampiamente utilizzate per misurare la temperatura in vari settori, come l’industria, la ricerca scientifica e il controllo di processo, grazie alla loro affidabilità, alla robustezza e alla capacità di misurare temperature sia elevate che basse.

A cosa serve la termocoppia?

La termocoppia è ampiamente utilizzata in una varietà di settori e applicazioni per misurare la temperatura in modo affidabile. Alcune delle principali applicazioni delle termocoppie includono:

  1. Industria chimica e petrolchimica. Le termocoppie sono utilizzate per monitorare e controllare la temperatura nei processi di produzione chimica, raffinerie di petrolio, impianti di lavorazione chimica e altre applicazioni simili.
  2. Industria alimentare. Le termocoppie vengono utilizzate per monitorare la temperatura nei processi di produzione alimentare, come la cottura, il raffreddamento, il congelamento e la sterilizzazione. Sono anche utilizzate nel monitoraggio della temperatura negli apparecchi di conservazione e trasporto dei cibi.
  3. Industria farmaceutica. Le termocoppie sono utilizzate per monitorare e controllare la temperatura nei processi di produzione farmaceutica, come la sterilizzazione, la liofilizzazione e altre operazioni di trattamento termico.
  4. Industria metallurgica. Le termocoppie vengono utilizzate per misurare la temperatura in forni industriali, forni per la fusione del metallo, forni di trattamento termico e altre applicazioni metalliche ad alta temperatura.
  5. Monitoraggio ambientale. Le termocoppie vengono utilizzate per monitorare la temperatura in ambienti critici come camere climatiche, stazioni meteorologiche, monitoraggio delle acque, sistemi HVAC e altre applicazioni di controllo ambientale.
  6. Ricerca scientifica. Le termocoppie sono utilizzate nella ricerca scientifica per misurare la temperatura in laboratori, studi di materiali, esperimenti termici e altre applicazioni di ricerca.
  7. Industria automobilistica. Le termocoppie sono utilizzate per monitorare la temperatura dei motori, dei sistemi di scarico e dei componenti critici nell’industria automobilistica.

Queste sono solo alcune delle molte applicazioni delle termocoppie. La loro affidabilità, facilità di utilizzo e compatibilità con una vasta gamma di apparecchiature di misurazione le rendono ampiamente utilizzate in molti settori e applicazioni.

Quali sono i principali tipi e le caratteristiche di termocoppie?

Esistono diversi tipi di termocoppia disponibili, ciascuno con le proprie caratteristiche e range di temperatura di utilizzo. Il tipo di termocoppia viene identificato con una lettera a seconda della coppia di metalli utilizzati in quanto, per effetto Seebeck, a metalli diversi corrispondono variazioni diverse di tensione termoelettrica. Le lettere utilizzate per identificare il tipo di termocoppia e quindi la coppia di metalli sono K, J, T, E, N, R, S, B.

Una prima classificazione è quella sulla base della tipologia di metalli utilizzati ovvero termocoppie a metalli comuni (termocoppia di tipo K, J, T, E, N) e termocoppie a metalli nobili (termocoppia di tipo R, S, B). La differenza principale tra questi due gruppi è che le termocoppie a metalli nobili sono più costose ed adatte per applicazioni ad alte temperature.

Quando le termocoppie sono identificate tramite la tipologia di metalli utilizzati, è bene tenere presente che il primo metallo, per convenzione, indica il conduttore positivo mentre il secondo quello negativo e quindi le troviamo nella forma “conduttore positivo / conduttore negativo”. Il conduttore positivo è quello che, quando si effettua una misura, ha un differenza di potenziale positiva rispetto all’altro conduttore.

Ecco i principali tipi di termocoppie, i metalli utilizzati per i conduttori e le principali caratteristiche:

  1. Termocoppia di tipo K (Cromo / Alluminio). È il tipo più comune economico e versatile di termocoppia. Copre un ampio range di temperatura, da -200°C a circa 1250°C ed ha una buona linearità. È resistente all’ossidazione e offre una buona stabilità a temperature elevate.
  2. Termocoppia di tipo J (Ferro / Constantana). Ha un range di temperatura da -40°C a circa 750°C. È comunemente utilizzata per misurazioni di temperature basse a causa delle sue caratteristiche di bassa tensione termoelettrica. Ha una buona sensibilità, ma può essere soggetto a corrosione e deriva termica.
  3. Termocoppia di tipo T (Rame / Constantana). È adatta per misurazioni di temperature da -200°C a circa 350°C. Offre una buona resistenza alla corrosione e una buona ripetibilità. Ha una buona sensibilità, bassa deriva termica ed è adatto per applicazioni di bassa temperatura ed all’utilizzo in ambienti caratterizzati dalla presenza di rumore elettrico.
  4. Termocoppia di tipo E (Nicromo / Constantana). È adatta per misurazioni di temperature da -200°C a circa 900°C. Offre una elevata sensibilità, una bassa deriva termica, un’alta precisione e una buona resistenza alla corrosione.
  5. Termocoppia di tipo N (Nicrosil / Nisil). È adatta per misurazioni di temperature da -200°C a circa 1300°C. Ha un’elevata resistenza alla corrosione e una buona stabilità a temperature elevate.
  6. Termocoppia di tipo R, S, B (Platino-Rodio / Platino). Queste termocoppie sono molto simili tra loro e differiscono unicamente per la percentuale di rodio presente nel conduttore positivo. Sono adatte per applicazioni ad alta temperatura (fino a 1.600°C) ed offrono una buona stabilità e accuratezza. Sono comunemente utilizzate nell’industria del vetro, dell’acciaio e nelle applicazioni di forni. Le termocoppie di tipo B sono adatte a misurazioni di temperature fino a 1.820°C

Riassumiamo di seguito il significato di alcune delle leghe utilizzate nella realizzazione di termocoppie:

  • Constantana: lega composta da Rame e Nichel;
  • Nicromo: lega composta da Nichel e Cromo;
  • Nicrosil: lega composta da Nichel, Cromo e Silicio;
  • Nisil: lega composta da Nichel e Silicio.

Nella tabella seguente troviamo riassunti per ogni tipo di termocoppia, la composizione degli elementi.

LetteraComposizione dei conduttori
Conduttore positivoConduttore negativo
KNichel - CromoNickel - Alluminio
JFerroRame - Nickel
TRameRame - Nickel
ENichel - CromoRame - Nickel
NNichel - Cromo - SilicioNickel - Silicio
RPlatino - 13% RodioPlatino
SPlatino - 10% RodioPlatino
BPlatino - 30% RodioPlatino - 6% Rodio

I vantaggi delle termocoppie includono la loro affidabilità, la capacità di misurare temperature estreme, la semplicità di installazione e la compatibilità con una vasta gamma di apparecchiature di misura.

Tipo di giunzione della termocoppia

Una termocoppia può avere 2 tipi di giunzione caldo: giunzione esposta e giunzione non esposta. A sua volta una giunzione calda non esposta può essere del tipo “a massa” oppure “isolata”.

Nella figura seguente vediamo una rappresentazione costruttiva dei tipi di giunzione.

Tipi di giunzione calda della termocoppia
  • Giunzione esposta. La giunzione è a diretto contatto con l’oggetto ed il calore viene trasferito direttamente (e quindi velocemente) al sensore.
  • Giunzione a massa. La giunzione è protetta ed in diretto contatto con una guina, tipicamente metallica, che ne assicura la protezione. In questo tipo di giunzione la misura può essere influenzata da eventuale rumore elettrico condotto dalla guaina che potrebbe rendere la misura poco affidabile e poco riproducibile.
  • Giunzione isolata. La giunzione è protetta da una guaina con cui non è in contatto. Questa soluzione costruttiva assicura maggiore protezione della termocoppia ma, rispetto alle altre tipologie, la misura richiede più tempo per essere acquisita per via della strato isolante tra termocoppia e guaina.

Quali sono i limiti di temperatura delle diverse termocoppie?

Le diverse termocoppie hanno limiti di temperatura specifici in cui possono essere utilizzate in modo affidabile. Di seguito sono riportati i limiti di temperatura approssimativi per le termocoppie più comuni:

  1. Termocoppia tipo K: da -200°C a 1250°C.
  2. Termocoppia tipo J: da -40°C a 750°C.
  3. Termocoppia tipo T: da -200°C a 350°C.
  4. Termocoppia tipo E: da -200°C a 900°C.
  5. Termocoppia tipo N: da -200°C a 1300°C.
  6. Termocoppia tipo R: da 0°C a 1600°C.
  7. Termocoppia tipo S: da 0°C a 1600°C.
  8. Termocoppia tipo B: da 600°C a 1820°C.

Questi sono solo i limiti generali e possono variare leggermente a seconda del produttore e delle specifiche della termocoppia. È importante tenere presente che oltre i limiti di temperatura specificati, potrebbero verificarsi errori di misurazione e potenziali danni alla termocoppia stessa.

Modello matematico della termocoppia: relazione tra temperatura e tensione termoelettrica

Il modello matematico della termocoppia mette in relazione temperatura e tensione. Attraverso le formule seguenti è quindi possibile creare il modello matematico per simulare una termocoppia ovvero ricavare il valore della tensione termoelettrica conoscendo la temperatura e, viceversa, ricavare il valore della temperatura conoscendo la tensione termoelettrica.

La funzione matematica della termocoppia, per temperature tra 0°C e 1300°C, per i tipi J, T, N, R, S, B (viene escluso K) è definita dalla seguente funzione polinomiale:

    \[    E = c_0 + c_1 t + ... + c_i t^i = \sum_{i=0}^{n}{c_i t^i}; \]

dove

E : tensione espressa in microvolts (μV);

t : temperatura espressa in °C;

ci : i-esimo coefficiente del polinomio;

n : ordine del polinomio.

La funzione matematica della termocoppia di tipo K, per temperature tra 0°C e 1300°C, è definita dalla seguente funzione polinomiale:

    \[    E = c_0 + c_1 t + ... + c_i t^i = \sum_{i=0}^{n}{c_i t^i} + a_0 e^{a_1 (t-126,9686)^2}; \]

dove

a0 = 1,185 976 × 102;

a1 = -1,183432 x 10-4;

I coefficienti ci ed n dipendono dal tipo di termocoppia e dal range di temperatura e sono dei valori costanti.

A seconda del range di temperatura considerato, ad ogni tipo di termocoppia il modello associa un determinato numero di coefficienti ovvero un determinato grado del polinomio. A titolo esplicativo nella tabella seguente viene riportato, per ogni tipo di termocoppia, il grado del polinomio per intervalli di temperatura.

Tipo di termocoppiaRange di temperatura °CGrado del polinomio
Kda 270 °C a 0 °C10
da 0°C a 1300°C9
Jda -210°C a 760°C8
da 760°C a 1200°C5
Tda -270°C a 0°C14
da 0°C a 400°C8
Eda -270°C a 0°C13
da 0°C a 1000°C10
Nda -270°C a 0°C8
da 0°C a 1300°C10
Rda –50 °C a 1 064,18 °C9
da 1 064,18 °C a 1 664,5 °C5
da 1 664,5 °C a 1 768,1 °C4
Sda –50 °C a 1 064,18 °C8
da 1 064,18 °C a 1 664,5 °C4
da 1 664,5 °C a 1 768,1 °C4
Bda 0 °C a 630,615 °C6
da 630,615 °C a 1 820 °C8

Come posso scegliere la giusta termocoppia per la mia applicazione?

La scelta della giusta termocoppia per la tua applicazione dipende da diversi fattori, tra cui la gamma di temperatura, l’ambiente di misurazione, le condizioni operative e le esigenze specifiche. Ecco alcuni passaggi per aiutarti a selezionare la termocoppia più adatta:

  1. Determina la gamma di temperatura: Identifica la gamma di temperatura in cui desideri misurare. Assicurati che la termocoppia selezionata sia in grado di coprire questa gamma senza superare i suoi limiti di temperatura.
  2. Considera l’ambiente di misurazione: Valuta l’ambiente in cui la termocoppia sarà utilizzata. Ad esempio, se l’applicazione coinvolge sostanze corrosive o atmosfere aggressive, potresti dover scegliere una termocoppia resistente alla corrosione.
  3. Valuta la sensibilità e la precisione: Le diverse termocoppie hanno diverse sensibilità e precisione. Considera se la sensibilità termica e la precisione della misurazione sono importanti per la tua applicazione.
  4. Esamina le caratteristiche e le limitazioni: Ogni tipo di termocoppia ha caratteristiche specifiche, come resistenza all’ossidazione, stabilità, resistenza alle vibrazioni, resistenza alla corrosione, ecc. Esamina attentamente queste caratteristiche per assicurarti che siano adatte alle tue esigenze.
  5. Verifica la compatibilità con l’apparecchiatura di misurazione: Assicurati che la termocoppia sia compatibile con l’apparecchiatura di misurazione che utilizzerai. Controlla i tipi di connettori, gli standard elettrici e altre specifiche tecniche per garantire una corretta connessione e misurazione.
  6. Consulta le specifiche del produttore: Leggi le specifiche tecniche fornite dal produttore della termocoppia per ottenere informazioni dettagliate sulle sue capacità e limitazioni.
  7. Considera il costo: Infine, valuta anche il costo della termocoppia in relazione al tuo budget.

La tipologia di termocoppia più utilizzata è senza dubbio la termocoppia di tipo K in quanto è in grado di lavorare in un range di temperature piuttosto ampio assicurando una discreta sensibilità. Le termocoppie di tipo K sono tipicamente molto economiche e quindi vanno bene per applicazioni generiche.

Sono termocoppie di comune utilizzo quelle dette a “metallo base” ovvero le termocoppie di tipo K, J, T, E, N.

Per applicazioni specifiche ovvero dove i range di temperatura che occorre misurare sono elevati, si utilizzano le termocoppie in metalli nobili ovvero le termocoppie di tipo R, S, B che sono anche più costose. Queste termocoppie hanno buona stabilità ma bassa sensibilità e sono tipicamente adatte per la misura di temperature oltre i 300°C.

Quali sono i fattori che possono influenzare l’accuratezza delle misurazioni con termocoppie?

Ci sono diversi fattori che possono influenzare l’accuratezza delle misurazioni con termocoppie. Alcuni dei principali fattori da considerare includono:

  1. Effetto di giunzione fredda: L’effetto di giunzione fredda si verifica quando la giunzione di riferimento della termocoppia è a una temperatura diversa dalla giunzione di misurazione. Questo può introdurre errori nella misurazione. È importante compensare l’effetto di giunzione fredda utilizzando un riferimento di temperatura noto o un compensatore di giunzione fredda.
  2. Linearità della termocoppia: Le termocoppie possono avere una risposta non lineare alla temperatura, specialmente al di fuori della loro gamma di temperatura nominale. È necessario assicurarsi di utilizzare la termocoppia nel range di temperatura stabilito dal produttore.
  3. Deriva termica: Le termocoppie possono subire una deriva termica nel tempo, con una deviazione dalla calibrazione originale. È importante eseguire la calibrazione periodica delle termocoppie per compensare questa deriva termica e mantenere l’accuratezza delle misurazioni nel tempo.
  4. Effetti di interferenze elettriche: Interferenze elettriche esterne, come campi magnetici o rumore elettrico, possono influire sulla misurazione delle termocoppie. È importante proteggere le termocoppie da tali interferenze utilizzando schermature elettriche e tecniche di cablaggio a bassa interferenza.
  5. Tempo di risposta: Il tempo di risposta delle termocoppie può influenzare l’accuratezza delle misurazioni, specialmente in applicazioni in cui sono richiesti tempi di risposta rapidi. Assicurati che il tempo di risposta della termocoppia sia adeguato per l’applicazione specifica.
  6. Resistenza elettrica e resistenza di contatto: La resistenza elettrica della termocoppia e la resistenza di contatto tra i terminali della termocoppia e i connettori possono introdurre errori di misurazione. È importante minimizzare tali resistenze utilizzando connessioni stabili e di buona qualità.
  7. Condizioni ambientali: Le condizioni ambientali, come temperatura ambiente, umidità e pressione, possono influenzare l’accuratezza delle misurazioni con termocoppie. Assicurati che le termocoppie siano utilizzate all’interno delle loro specifiche ambientali raccomandate per ottenere risultati accurati.

È importante considerare questi fattori e adottare le misure correttive appropriate per garantire accuratezza nelle misurazioni con termocoppie. La calibrazione periodica e l’uso di strumenti di misurazione di alta qualità possono contribuire a mantenere l’accuratezza delle misurazioni nel tempo.

La termocoppia in breve

Le termocoppie sono dispositivi utilizzati per misurare la temperatura. Sono costituite da due diversi metalli congiunti in un punto, chiamato giunzione di misura o giunzione calda, e collegati a un sistema di misurazione. Quando la giunzione di misura viene esposta a una variazione di temperatura, si genera una differenza di potenziale elettrico tra i due punti di contatto, che può essere misurata e utilizzata per determinare la temperatura.

Esistono diversi tipi di leghe metalliche utilizzate per costruire termocoppie, ognuna con caratteristiche specifiche e range di temperatura di utilizzo. Alcuni esempi comuni sono le termocoppie di tipo K (Cromo / Alluminio), tipo J (Ferro / Constantana), tipo T (Rame / Constantana) e tipo E (Nicromo / Constantana).

Le termocoppie sono ampiamente utilizzate in vari settori industriali e applicazioni scientifiche per misurare la temperatura in modo affidabile e preciso. Sono apprezzate per la loro robustezza, ampia gamma di temperature di misura e resistenza alle condizioni ambientali avverse.


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