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.

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 I_n: 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 I_n: 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 U_n: 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 I_m: 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 I_Δm: 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 I_nc: 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 I_c: 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

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

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

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

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.

Simbolo interruttore differenziale

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

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.