Perché un interruttore standard non protegge contro i guasti a terra?

Un neutro interrotto in un circuito con un interruttore standard rappresenta un pericolo di scossa elettrica poiché l'interruttore non monitora o protegge il filo neutro. Il meccanismo interno di un interruttore standard non è progettato per rilevare le correnti di difetto a terra durante il funzionamento. Gli interruttori standard sono progettati per proteggere contro sovraccarichi e cortocircuiti, non contro i difetti a terra.

Gli interruttori standard monitorano la corrente nel filo fase e si azzerano se la corrente supera la capacità dell'interruttore, solitamente a causa di un sovraccarico o di un cortocircuito. Tuttavia, con un neutro interrotto, la corrente di difetto può tornare alla sorgente attraverso il filo di terra. Questo accade perché le barre terminali del neutro e del terra sono collegate nel quadro principale.

Di conseguenza, una corrente inferiore alla capacità nominale dell'interruttore può fluire nel circuito lungo un percorso non previsto. Poiché nessuna corrente eccessiva passa attraverso il filo fase, l'interruttore non rileva un difetto e rimane chiuso. Di conseguenza, parti del circuito rimangono sotto tensione, creando un rischio nascosto di scossa elettrica che l'interruttore non affronta.

I difetti più comuni in un circuito elettrico sono i seguenti:
Sovraccarichi e Cortocircuiti

Gli interruttori standard reagiscono a correnti eccessive causate da sovraccarichi o cortocircuiti diretti (difetti ad alta corrente dove la corrente fluisce direttamente dal filo fase al neutro o dal filo fase a un altro filo fase). Queste condizioni creano un'impennata di corrente, che l'interruttore rileva e interrompe per prevenire danni.

Difetti a Terra

Un difetto a terra si verifica quando la corrente fuoriesce dal filo fase verso una superficie a terra, bypassando il filo neutro (ad esempio, a causa di un neutro interrotto o di un filo vivo che contatta il caso metallico di un apparecchio o una superficie bagnata). I difetti a terra potrebbero non generare le impennate di corrente necessarie per azzerare un interruttore standard, specialmente se solo una piccola quantità di corrente fuoriesce verso terra. Questa fuga può creare gravi rischi di scossa elettrica senza raggiungere la soglia di azzeramento dell'interruttore.

Come Reagisce un Interruttore Standard a un Cortocircuito o Difetto a Terra?

Esaminiamo come un interruttore standard si comporta e reagisce ai cortocircuiti o ai difetti a terra in un circuito, come illustrato di seguito.

Consideriamo questo esempio: in un quadro principale a 120V/240V, un circuito di illuminazione è controllato e protetto da un interruttore standard da 15 ampere su una fornitura a 120V, e la connessione neutra viene persa.

Come mostrato nella figura, se la barra neutra nel quadro principale non è disponibile, la corrente di ritorno cerca di fluire indietro verso la barra neutra. Poiché la barra neutra è collegata alla barra di terra, l'unico percorso della corrente per tornare alla sorgente (tipicamente il trasformatore) è attraverso il filo di terra. Si forma così un circuito, permettendo a circa 2,4 ampere di corrente di difetto di fluire. La lampadina potrebbe ancora emettere una luce fioca.

Questa corrente di difetto di 2,4 ampere è ben al di sotto della capacità di 15 ampere dell'interruttore, quindi non si azzererà. Di conseguenza, il circuito presenta un rischio di scossa elettrica, poiché tutte le componenti metalliche, inclusi gli involucri degli apparecchi, le canalizzazioni metalliche e i corpi metallici dei dispositivi collegati, diventano carichi con circa 72V CA.

Ora, consideriamo un altro scenario in cui il neutro è perso e il filo fase contatta il corpo metallico del dispositivo, creando un "doppio difetto". In questo caso, la luce è spenta a causa dell'assenza di resistenza di carico. Come mostrato nella figura, una corrente di difetto di circa 4 ampere fluisce attraverso il conduttore di terra indietro alla sorgente.

Ancora una volta, tutte le componenti metalliche nel circuito diventano cariche a 120V CA. Questa corrente di difetto di 4 ampere rimane al di sotto della soglia di 15 ampere dell'interruttore, quindi l'interruttore non si azzerà. Se un operatore tocca l'involucro dell'apparecchio, la canalizzazione metallica o il corpo metallico del dispositivo, rischia una grave scossa elettrica.

Per mitigare questi rischi, si consiglia l'uso di un interruttore differenziale (Ground Fault Circuit Interrupter, GFCI) invece di un interruttore standard. Gli interruttori GFCI sono progettati per rilevare i difetti a terra e azzerarsi in scenari pericolosi, inclusi quelli causati da un neutro interrotto, garantendo un funzionamento più sicuro.