Come Risponde un Interruttore Standard a un Guasto Elettrico?

Funzionamento dell'interruttore differenziale per la protezione dei guasti

Un interruttore differenziale standard è un dispositivo di sicurezza cruciale progettato per interrompere la corrente elettrica in caso di guasti, come sovraccarichi o cortocircuiti, prevenendo così danni al sistema elettrico, il surriscaldamento dei cavi e i rischi d'incendio. La sua azione protettiva garantisce la sicurezza e l'affidabilità del circuito.

Protezione contro i cortocircuiti

• Cosa accade: Un cortocircuito si verifica quando un percorso a bassa resistenza (ad esempio, contatto diretto tra il filo fase e neutro) crea una brusca impennata di corrente che supera ampiamente la capacità del circuito.

• Risposta dell'interruttore: L'interruttore rileva l'impennata istantanea di corrente e scatta quasi immediatamente (entro millisecondi), interrompendo il flusso per:

• Prevenire il surriscaldamento eccessivo che potrebbe danneggiare i componenti.

• Mitigare il rischio di incendi o archi elettrici.

Protezione contro i sovraccarichi

• Cosa accade: Un sovraccarico si verifica quando la corrente totale richiesta dai dispositivi collegati (ad esempio, più elettrodomestici o attrezzature ad alta potenza) supera la capacità sicura del circuito nel tempo.

• Risposta dell'interruttore:

• Prevenire il surriscaldamento dei cavi e la degradazione dell'isolamento.

• Evitare i rischi di incendio dovuti a sovracorrente prolungata.

• Il meccanismo termico interno dell'interruttore rileva la corrente eccessiva sostenuta.

• Mentre la corrente persiste, l'elemento riscaldante dell'interruttore si scalda, causando la flessione graduale di una striscia bimetallica.

• Una volta che la striscia si flette sufficientemente, l'interruttore scatta, disconnettendo il circuito per:

Come funziona un interruttore differenziale standard durante i guasti elettrici?

Un tipico interruttore differenziale standard non può rilevare i guasti a terra o l'assenza di un filo neutro. Invece, fornisce solo protezione contro i cortocircuiti e i sovraccarichi. Per questo motivo, il National Electrical Code (NEC) richiede l'utilizzo di interruttori differenziali (GFCI) per garantire una protezione adeguata sia per i dispositivi che per le persone.

Di seguito sono riportati esempi di circuiti che illustrano come un interruttore standard si comporta in condizioni normali e in caso di guasto:

Condizione normale

Nel diagramma sottostante, un circuito di illuminazione è controllato e protetto da un interruttore da 15 ampere, alimentato con 120V da un quadro principale 120V/240V.

Poiché non ci sono guasti nel circuito, tutti i componenti funzionano normalmente e la luce si accende come previsto.

Condizione di cortocircuito / sovraccarico

Ora, consideriamo uno scenario in cui si verifica un cortocircuito o un sovraccarico, ad esempio se il filo fase viene a contatto con l'alloggiamento metallico di un dispositivo (come un portabulbo). In questo caso, viene creato una corrente di guasto, che viaggia verso la fonte di alimentazione attraverso il filo di terra. Il filo di terra è connesso al filo neutro nel quadro principale, formando un percorso a bassa resistenza che completa il circuito.

A causa della resistenza estremamente bassa del filo di terra, una corrente sostanziale (fino a 600 ampere) scorre attraverso il circuito durante un guasto, creando un sovraccarico severo. Il meccanismo interno dell'interruttore rileva immediatamente questa corrente eccessiva e scatta. L'interruttore da 15 ampere quindi disconnette rapidamente il circuito dall'alimentazione principale, proteggendo sia il dispositivo elettrico che le persone da potenziali pericoli come il surriscaldamento, gli archi elettrici o la scossa elettrica.

Rilevamento del guasto e scatto

Come illustrato nel diagramma sottostante, l'interruttore da 15 ampere scatta immediatamente al rilevamento di una corrente di guasto che supera la sua capacità nominale. Questa azione disconnette il circuito dall'alimentazione principale, fornendo una robusta protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti.

Interruttori standard e guasti a terra

Come discusso in precedenza, gli interruttori differenziali standard non proteggono contro i guasti a terra - situazioni in cui la corrente elettrica fluisce involontariamente a terra - o le condizioni di neutro rotto, entrambe pose significativi rischi di sicurezza. In tali scenari:

• Guasto a terra: La corrente devia dal percorso del circuito inteso e fluisce a terra (ad esempio, attraverso una persona o un apparecchio difettoso), creando un rischio di scossa elettrica pericoloso.

• Neutro rotto: Un filo neutro disconnesso può causare squilibri di tensione, costringendo la corrente a cercare percorsi alternativi (ad esempio, attraverso involucri di apparecchiature o fili di terra), che possono portare a surriscaldamenti o scosse elettriche.

In entrambi i casi, la corrente di guasto può completare il circuito attraverso percorsi non intesi, bypassando il meccanismo di protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti dell'interruttore standard. Per questo motivo, sono richiesti dispositivi specializzati come gli Interruttori Differenziali (GFCI) o gli Interruttori Differenziali per Arci Elettrici (AFCI) per questi specifici pericoli.

Questo può portare a una corrente che scorre attraverso percorsi non intesi, inclusi i conduttori neutro e di terra. Inoltre, qualsiasi componente metallico esposto nel circuito potrebbe diventare energizzato, portando potenzialmente tensioni pericolose di 72V o 120V - creando un grave rischio di scossa elettrica o incendio.

Per affrontare questo problema, dovrebbe essere utilizzato un interruttore GFCI invece di un interruttore standard per garantire la sicurezza in caso di guasti a terra.