L'interruttore differenziale (RCCB) o un "interruttore di scatto" è un dispositivo di protezione utilizzato nei sistemi elettrici. Gli RCCB proteggono sia le persone che gli apparecchi elettrici da guasti elettrici come scosse elettriche e perdite di corrente. In questo articolo, discuteremo di cosa sono gli RCCB, come sono realizzati e come funzionano come dispositivi di protezione dei circuiti elettrici.
Interruttore differenziale come funziona
Gli interruttori di corrente residua sono anche noti come "interruttori di scatto" e RCD (dispositivo di corrente residua). Appartengono alla categoria dei dispositivi di protezione dei circuiti elettrici. Gli RCCD possono essere trovati in ogni circuito di distribuzione di energia domestica e industriale. Sono disponibili in configurazioni monofase e trifase e hanno classi multiple.
La forma più semplice di RCCB è il tipo monofase. Hanno due terminali di ingresso e due terminali di uscita in ciascuna unità. Simile ad a MCB, c'è anche un interruttore caricato a molla per accendere e spegnere il dispositivo. Oltre all'interruttore, è presente un pulsante "test" per verificare se il dispositivo funziona effettivamente. Questo pulsante può essere di colore diverso come rosso, verde, giallo, arancione o blu a seconda del produttore.
Un tipico essere umano può solo tollerare fino a 30mA di corrente elettrica prima che si verifichino lesioni pericolose per la vita. Se un essere umano o qualsiasi essere vivente entra in contatto con una connessione elettrica attiva e viene messo a terra, verrà fulminato e gravemente ferito. Sebbene non così gravi, anche i macchinari elettrici possono essere danneggiati a causa di cortocircuiti elettrici e perdite di corrente.
Un interruttore differenziale funziona secondo il principio di L'attuale legge di Kirchhoffs (KCL). KCL afferma che la corrente che scorre in un circuito deve essere uguale alla corrente che ritorna dal circuito. Allo stesso modo, l'RCCB misura qualsiasi variazione significativa nella corrente che passa attraverso i terminali in tensione (L) e neutro (N). In uno scenario ideale, la differenza dovrebbe essere molto vicina a 0 mA.
Se c'è una dispersione di corrente in un'apparecchiatura elettrica protetta dall'RCCB, la corrente neutra sarà inferiore alla corrente del filo sotto tensione perché una certa quantità di corrente verrà messa a terra attraverso una persona o il collegamento a terra della macchina. Questa differenza è chiamata 'corrente residua'. Quando questa differenza supera la soglia di intervento dell'RCCB (cioè 20 mA), fa scattare rapidamente l'interruttore e interrompe immediatamente il collegamento e interrompe l'alimentazione all'apparecchiatura.
L'azione di scatto avviene istantaneamente in pochi millisecondi. Pertanto, la persona fulminata può essere protetta da lesioni potenzialmente letali. Sebbene la scossa elettrica non possa essere evitata, l'incolumità della persona è sempre garantita. Quando si considerano gli apparecchi elettrici, se un tale dispositivo ha un guasto di dispersione di corrente che disperde corrente nel telaio, può far scattare immediatamente l'RCCB per prevenire potenziali rischi elettrici.
Schema del circuito dell'interruttore di corrente residua
Ora che conosciamo il funzionamento di un interruttore differenziale, diamo uno sguardo approfondito a come funziona un RCCB.
Di seguito è mostrata la costruzione interna di un dispositivo RCCB monofase (bipolare).
Partendo da sinistra, i terminali di ingresso sono collegati alla rete elettrica principale dalla rete o dal generatore. Questo viene commutato utilizzando un MCB a due poli per isolare il circuito quando necessario. L'alimentazione viene quindi fatta passare attraverso i contatti dell'interruttore bipolare; uno per il live e uno per il neutro per una protezione totale.
I fili attivi e neutri passano attraverso una bobina speciale che ha un avvolgimento per ciascun filo e un altro avvolgimento separato chiamato "bobina di rilevamento". Ciascuna estremità di queste due bobine primarie è collegata al carico. Come discusso sopra, quando la corrente passa attraverso queste bobine, creano un campo magnetico secondo il Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica. In circostanze normali in cui non vi è alcun guasto nel circuito di carico, questi due campi magnetici si annullano a vicenda.
Quando si verifica una condizione di guasto e la corrente in tensione è superiore/inferiore alla corrente di neutro, questi due campi magnetici non sono in grado di annullarsi a vicenda. Ciò induce una tensione all'interno della "bobina di rilevamento". Se questa tensione diventa troppo alta (il che significa che la corrente di guasto/corrente residua è troppo alta), attiva un solenoide che interrompe i contatti per interrompere l'alimentazione al carico. Una volta scattato, deve essere acceso manualmente dopo aver risolto il guasto.
Gli RCCB sono inoltre dotati di un circuito aggiuntivo che include un pulsante e un resistore. Questo è un circuito che permette di testare il dispositivo. Quando si preme il pulsante, si crea una condizione di guasto artificiale (corrente residua) e si attiva l'RCCB. Se il dispositivo scatta quando viene premuto il pulsante, conferma che la protezione è in atto.
Cablaggio RCCB
Gli RCCB sono dispositivi di sicurezza installati nei circuiti elettrici. Sono spesso installati nei quadri di distribuzione dell'energia vicino alla fonte. L'immagine mostrata sotto indica l'ordine di installazione di un RCCB.
L'RCCB è collegato dopo l'interruttore principale, che è un interruttore differenziale a 2 poli. L'MCB funge da interruttore principale per isolare completamente il circuito dalla rete in casi di riparazione e manutenzione. L'RCCB è posto accanto per proteggere i sottocircuiti. Gli interruttori magnetotermici unipolari che forniscono protezione da sovracorrente ai sottocircuiti sono posizionati dopo l'interruttore differenziale.
Classificazione di RCCB
Gli RCCB sono comunemente classificati in due tipi principali in base al loro numero di terminali. Sono RCCB unipolare e RCCB a 4 polis.
- RCCB unipolare
- Gli interruttori differenziali unipolari sono comunemente usati in applicazioni domestiche e applicazioni industriali su piccola scala in cui vengono utilizzati carichi monofase. Hanno due terminali e due terminali di uscita, fase e neutro (L e N).
- RCCB a 4 poli
- Gli interruttori differenziali a 4 poli sono utilizzati per la protezione del sistema di alimentazione trifase. Ci sono 4 set di terminali di ingresso e uscita per i cavi L1, L2, L3 e N in un sistema trifase. Questi si trovano comunemente nei circuiti di distribuzione dell'energia industriale e in alcuni circuiti di distribuzione dell'energia domestica in cui il consumo di energia è elevato.
Oltre a queste due configurazioni fisiche, ci sono pochi altri tipi appositamente progettati per adattarsi ad applicazioni specifiche. Questi sono definiti nel IEC 60755: Requisiti generali di sicurezza per i dispositivi di protezione azionati dalla corrente residua.
- Tipo AC – uso generale
- Questo tipo è adatto per sistemi a tensione sinusoidale alternata. Questi sono i tipi di RCCB più comunemente usati nelle applicazioni domestiche e industriali.
- Tipo A – Carichi elettronici monofase di classe I
- Gli interruttori differenziali di tipo A sono più adatti per circuiti che funzionano su onde sinusoidali pure o sinusoidali modificate come gli inverter. Questi sono utilizzati anche nei circuiti in cui i carichi hanno circuiti raddrizzatori a diodi e/o a tiristori come i controller motore VFD (Variable Frequency Drive). Gli interruttori differenziali di tipo A possono essere utilizzati in sostituzione delle unità di tipo A.
- Tipo F - di nuova introduzione, scopo speciale
- Gli interruttori differenziali di tipo F sono realizzati appositamente per essere utilizzati in circuiti di azionamento a velocità variabile come i controller di motori. Questi si comportano molto bene in circuiti a forma d'onda di corrente e tensione distorta ad alta frequenza come i sistemi HVAC. Gli interruttori differenziali di tipo F sono molto sensibili alle correnti di guasto. Questi non scattano a causa di improvvise correnti di spunto. Il tipo F può sostituire gli interruttori differenziali di tipo A e AC.
- Tipo B – Sistemi trifase, sistemi EV e fotovoltaici
- Gli interruttori differenziali di tipo B sono progettati per funzionare nei circuiti di ricarica di veicoli elettrici, impianti fotovoltaici e altri sistemi raddrizzati trifase. Questi possono rilevare AC sinusoidale, DC pulsante con frequenze multiple e persino correnti residue DC regolari. Oltre ai tipi di forme d'onda, le caratteristiche sono definite anche in frequenze specifiche da 3 Hz a 50 kHz. Gli interruttori differenziali di tipo B sono conformi ai tipi di tipo A, F e AC e possono essere utilizzati in sostituzione.
Vantaggi e svantaggi dell'RCCB
Gli interruttori differenziali sono uno dei dispositivi di protezione dei circuiti elettrici più importanti. Li vediamo in quasi tutti i quadri di distribuzione elettrica, proteggendo gli utenti e le apparecchiature da danni. Come ogni dispositivo, anche gli RCCB presentano svantaggi e vantaggi.
Vantaggi/benefici dell'RCCB
- Gli RCCB sono utilizzati principalmente per fornire protezione da scosse elettriche a esseri umani e altri esseri viventi.
- Oltre alle scosse elettriche, gli RCCB possono anche proteggere le persone e le apparecchiature elettriche da guasti a terra come perdite di corrente.
- Gli interruttori differenziali scattano automaticamente quando la corrente di guasto supera la sensibilità nominale.
- Sono disponibili in più sensibilità e tipi di classificazione per adattarsi a particolari applicazioni.
- Gli interruttori differenziali sono disponibili in configurazione monofase (bipolare) o trifase (quadripolare). Queste disposizioni ci consentono di isolare completamente il circuito dall'alimentazione.
- La maggior parte degli RCCB contiene circuiti di filtraggio aggiuntivi che aiutano a proteggere l'apparecchiatura dalle fluttuazioni di tensione.
Svantaggi RCCB
- Gli interruttori differenziali non sono dotati di protezione da cortocircuito/sovraccarico. Si basano completamente sulla corrente residua. In caso di cortocircuito accidentale di un carico, la corrente di ritorno sarà la stessa della corrente che esce dall'RCCB. Ciò non attiverà la protezione del dispositivo.
- Varianti altamente sensibili possono essere innescate da fulmini e fluttuazioni di tensione.
- Gli interruttori differenziali non possono proteggere da cablaggi elettrici difettosi (ad es. quando i cavi sotto tensione e neutri sono stati scambiati nella presa elettrica)
- RCCB fornisce solo protezione contro le scosse di terra viva o di terra neutra. Non può proteggere l'utente da shock live-neutri. Questo può essere letale.
- La mancata selezione del tipo corretto di RCCB per una particolare applicazione porta a un livello ridotto di protezione contro le scosse elettriche.
Prezzo interruttore differenziale
I dispositivi di protezione elettrica sono intrinsecamente costosi. Sono dispositivi sensibili che devono soddisfare gli standard del settore per garantire che il livello minimo di protezione richiesto sia garantito da ciascuna unità.
I prezzi degli interruttori di corrente residua partono da $ 25- $ 30 per i tipi unipolari da 25 A. Con l'aumento della valutazione attuale, del numero di poli e della sensibilità, un RCCB può costarti da poche centinaia di dollari a diverse migliaia di dollari. Ad esempio, il RCCB 125A ABB 4 poli costa ben $ 51730 al momento della stesura di questo articolo.
Interruttore differenziale con protezione da sovracorrente (RCBO)
Come accennato in precedenza, un tipico RCCB non è in grado di rilevare eventi di sovracorrente. Ciò è dovuto al principio di funzionamento del dispositivo. Si basa esclusivamente sulla differenza tra l'uscita e la corrente di ritorno (corrente residua) per attivare la sicurezza. Se un carico assorbe troppa corrente, l'RCCB non può rilevarla poiché la corrente di ritorno è esattamente la stessa della corrente di uscita dal dispositivo.
Per evitare ciò, ci possono essere due approcci. La pratica abituale consiste nell'utilizzare un interruttore differenziale e distribuire la potenza attraverso più interruttori automatici. In questo modo, la protezione differenziale è gestita dall'RCCB e la protezione da sovracorrente è fornita dall'MCB. Tuttavia, un evento di corrente residua in uno qualsiasi dei sottocircuiti fa sì che l'RCCB attivi e spenga l'intero sistema.
Gli RCBO sono progettati per aggirare questo problema. Sono costituiti da un circuito di protezione da sovracorrente oltre al circuito di protezione da corrente residua generale.
L'immagine mostrata sotto è un RCCBO a 4 poli. Gli RCCBO si distinguono per il loro aspetto simile a un MCB che ha 4 poli collegati. Sembrano quasi un MCB accoppiato con un RCCB.
Cosa fa inciampare un RCCB?
Gli interruttori differenziali sono progettati per intervenire in caso di corrente di guasto. Questa corrente è chiamata 'corrente residua'. Il dispositivo, come spiegato sopra, monitora la corrente che viaggia nei fili Live(s) e Neutral. In condizioni di lavoro normali, la differenza tra le due correnti deve essere prossima allo zero.
Ogni volta che c'è una perdita di corrente; ad esempio, una persona che è collegata a terra viene fulminata, una piccola quantità di corrente dal filo sotto tensione esposto viaggia attraverso la persona nel terreno. Ciò provoca uno squilibrio nelle correnti vive e neutre nell'RCCB. SE la differenza è troppo alta, l'RCCB scatta.
Oltre a questa funzionalità primaria, anche eventi come fulmini, carichi non uniformi come carichi altamente induttivi (motori elettrici, impianti di saldatura) possono attivare inavvertitamente l'RCCB. Ciò è indesiderato e può essere evitato utilizzando il tipo di RCCB corretto adatto al tipo di carico.
Gli RCBO aggiornati possono anche scattare a causa di condizioni di sovracorrente. Gli RCBO possono rilevare istanze di sovracorrente/cortocircuito e far scattare l'interruttore di conseguenza.
Conclusione
Gli interruttori differenziali sono dispositivi di sicurezza molto affidabili che proteggono sia le apparecchiature che gli operatori umani da pericolose scosse elettriche. Esistono sul mercato interruttori differenziali molto avanzati che consentono anche la programmazione di parametri come la corrente di intervento e il ritardo di intervento. Utilizzare sempre l'interruttore differenziale adatto nel sistema di distribuzione dell'energia per garantire una protezione ottimale.
