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Elettrotecnica


Sovratensioni e interruttori differenziali

L’uso dell’interruttore differenziale (fig.1) ha assunto negli ultimi tempi, principalmente nei sistemi di tipo TT dopo l’introduzione della legge 46/90, una veste da prim’attore per quanto riguarda la protezione dai contatti indiretti (fig.1).


Sotto la spinta di un tale successo e in forza del costante progresso tecnologico degli ultimi anni le case costruttrici hanno sviluppato apparecchiature sempre più sofisticate ed affidabili che riescono a soddisfare la maggior parte delle esigenze impiantistiche.

Con l’utilizzo sempre più frequente si sono però evidenziati anche i punti deboli di queste apparecchiature, punti deboli che devono essere attentamente valutati per un corretto esercizio dell’impianto. La tenuta degli interruttori differenziali alle sovratensioni di origine interna o esterna è uno dei punti critici da esaminare se si vuole evitare l’intervento intempestivo o, nella peggiore delle ipotesi, il danneggiamento irreversibile dell’interruttore differenziale.

Sovratensioni

Sovratensioni di origine atmosferica

Le fulminazioni dirette o indirette sulla linea elettrica di distribuzione dovute a fenomeni temporaleschi possono dar luogo a sovratensioni, anche a fronte molto ripido e a frequenza dell’ordine delle decine di kilohertz, che generano impulsi di corrente attraverso le capacità costituite dai conduttori dell’impianto verso terra. Queste capacità, pur essendo piuttosto piccole, dell’ordine di qualche decina di nanofarad, determinano correnti di dispersione verso terra che in alcuni casi, rivelate dal toroide, possono provocare l’intervento indesiderato dell’interruttore differenziale.

Fig.2: (a)sovratensione temporanea a frequenza di rete, (b)sovratensione transitoria, (c)sovratensione impulsiva di origine atmosferica

Sovratensioni provocate da manovre sugli impianti

Sono sovratensioni della durata di pochi microsecondi, oscillatorie e smorzate, causate da manovre sull’impianto come ad esempio l’inserzione o la disinserzione di carichi. Possono essere generate dall’intervento sul lato BT di apparecchi di tipo limitatore oppure anche da interventi di dispositivi di protezione sulla parte primaria del trasformatore MT/BT. Anche in questo caso si può avere un intervento inopportuno dell’interruttore differenziale.

Sovratensioni temporanee

Sono sovratensioni a frequenza industriale, generate da guasti che interessano l’impianto in BT oppure in AT/MT, di durata relativamente lunga. Di queste sovratensioni devono tener conto i costruttori quando dimensionano gli isolamenti delle apparecchiature di bassa tensione.

Tenuta interruttori differenziali a sovratensioni di manovra e origine atmosferi

In relazione agli interventi indesiderati provocati da sovratensioni, gli interruttori differenziali sono classificati dalla norma CEI EN 61008-1 in differenziali di tipo generale con resistenza normale agli interventi intempestivi e interruttori differenziali a resistenza aumentata (selettivo - tipo S).

Per accertare la tenuta alle sovratensioni di origine interna dovute a manovre sugli impianti sia i differenziali di tipo generale sia quelli di tipo S sono sottoposti a dieci impulsi di corrente oscillatoria smorzata che presenta una forma d’onda con le caratteristiche di fig. 3.

L’impulso di corrente deve essere misurato e regolato usando un interruttore differenziale supplementare dello stesso tipo con la stessa In e la stessa Idn, per soddisfare le seguenti condizioni:

  • Valore di picco: 200 A (ridotto a 25 A per Idn < 10mA)
  • Tempo virtuale alla cresta: 0,5 microsecondi
  • Durata dell’onda oscillatoria seguente: 10 microsecondi
  • Ogni picco successivo: circa il 60% di quello precedente
Se l’interruttore differenziale è di tipo S, resistente agli interventi intempestivi anche in caso di sovratensioni di origine atmosferica, oltre agli impulsi di corrente con le caratteristiche di figura 3 è sottoposto anche a dieci impulsi di corrente con la forma d’onda di figura 4.


La prova deve essere eseguita alle seguenti condizioni:

  • Valore di picco: 3000 A
  • Tempo virtuale alla cresta: 8 micorsecondi
  • Tempo virtuale all’emivalore: 20 microsecondi
  • Picco della corrente inversa: inferiore al 30% del valore di picco

Il dispositivo sottoposto agli impulsi di corrente deve resistere senza intervenire e senza danneggiarsi e, superata la serie di prove previste, deve continuare a funzionare correttamente alla sua Idn.

Le prove descritte valgono per tutti gli interruttori differenziali con (CEI EN 61009-1) o senza (“differenziali puri”) sganciatori di sovracorrente (CEI EN 61008-1). Le stesse prove con onda di tipo oscillante sono previste anche dalla Norma CEI EN 60947-2 che si occupa anche degli interruttori differenziali di tipo scatolato. Oltre a questa prova è però prevista anche una ulteriore prova con corrente impulsiva di forma 8/20 microsecondi e valore di picco di 250 A.

L’interruttore differenziale e la fulminazione diretta

Quanto fin qui descritto si riferisce a sovratensioni di origine interna o di origine esterna dovute ad una fulminazione indiretta avvenuta nelle vicinanze della linea.

Se però il fulmine cade direttamente sulla linea che entra nell’edificio (fulminazione diretta) la sovratensione non possiede più la forma 8/20 microsecondi utilizzata per provare l’interruttore differenziale di tipo S, ma assume la forma 10/350 microsecondi (fig. 5)

con un valore di picco maggiore e porta con se un’energia sufficiente a danneggiare irreparabilmente anche il differenziale di tipo S.