Le protezioni magneto termiche

Le protezioni magneto termiche hanno lo scopo di proteggere il circuito dalle sovracorrenti, che possono essere di due tipi:

• sovraccarico, ovvero una corrente che si stabilisce in un circuito elettricamente sano (ad esempio, un motore elettrico che muove un albero con cuscinetti difettosi o logori viene forzatamente rallentato e, diminuendo la sua impedenza, assorbe più corrente);
• cortocircuito, ovvero una corrente prodotta da un guasto di impedenza trascurabile tra due parti del circuito (esempi sono corto tra le fasi, o cortocircuito tra fase e neutro).

Queste due tipologie di sovracorrenti hanno intensità molto differenti, quella da sovraccarico può essere tollerata se temporanea, mentre quella da cortocircuito, di intensità molto maggiore, va subito interrotta; l’interruttore magneto termico permette di gestire al meglio entrambi i casi.  Le norme armonizzate di prodotto per queste protezioni sono la EN 60898 (impianti domestici) e la EN  60947-1 (generale, per applicazioni sotto i 1000 Vac o 1500 Vdc).

Come suggerito dal nome, gli interruttori magneto termici possiedono una doppia protezione

• protezione termica: la corrente fluisce in una lamina bimetallica, il calore generato per effetto Joule causa una dilatazione termica differente sui due metalli causando una curvatura. In caso di sovraccarico il calore generato aumenta e la curvatura è tale da fare scattare un'ancora che interrompe il circuito.
• protezione magnetica: un induttore è percorso dalla corrente del circuito. In caso di cortocircuito il campo magnetico generato è tale da muovere un'ancora che interrompe il circuito.

Entrambe le protezioni sono presenti all’interno dell’interruttore e sono contemporaneamente attive nel monitorare il circuito; deve esserci quindi un principio che indichi quando si attivi l’una o l’altra.
 

Generalmente alle due protezioni sono associate due fasce di sovracorrenti differenti. Come illustrato dal grafico, le sovracorrenti di basso valore, quelle da sovraccarico, sono gestite dalla protezione termica. La protezione termica non si attiva istantaneamente (protezione tempo dipendente), ma con un certo ritardo inversamente proporzionale al valore di sovracorrente: in questo modo brevi sovracorrenti, come le correnti di spunto di avviamento dei motori, non fanno scattare inutilmente l’interruttore. Definiamo I_nf (corrente di non funzionamento, è indicata normativamente come in funzione della corrente nominale dell'interruttore, secondo la EN 60947 pari a 1,05 I_n) il massimo valore di sovracorrente che NON fa scattare la protezione termica, e I_f (corrente di funzionamento, per la EN 60947 pari a 1,25 I_n) il minimo valore di sovracorrente che fa scattare la protezione termica nel tempo convenzionale (1 h).

La protezione magnetica interviene per sovracorrenti molto più alte, tipiche di un cortocircuito: queste correnti sono estremamente pericolose, sia per l’uomo sia per l’impianto, e vanno quindi interrotte in brevissimo tempo. La protezione magnetica permette l’interruzione della corrente in pochi  decimi di secondo, salvaguardando il circuito. Definiamo I_m1 la minima sovracorrente che può far intervenire la protezione magnetica e I_m2 la minima corrente che fa SICURAMENTE intervenire la protezione magnetica.

Questo grafico in realtà non è tipico di tutti gli interruttori magneto termici, ma solamente degli interruttori modulari. La norma IEC 60898-1 suddivide i modelli in interruttori modulari in diverse categorie a seconda della soglia di attivazione della protezione magnetica:

• Tipo B, con soglia di intervento per cortocircuito compresa tra 3 e 5 volte la corrente nominale I_n del circuito (protezione carichi che possono generare limitato sovraccarico, come l’illuminazione);
• Tipo C, con soglia di intervento per cortocircuito compresa tra 5 e 10 volte la corrente nominale I_n del circuito (protezione carichi standard);
• Tipo D, con soglia di intervento per cortocircuito compresa tra 10 e 20 volte la corrente nominale I_n del circuito (protezione carichi che possono generare alti sovraccarichi, come motori elettrici).
   

In ambito industriale, possiamo avere la necessità di un interruttore con una curva caratteristica particolare, modificabile a seconda delle condizioni di esercizio; in questo caso, gli interruttori modulari non sono adatti allo scopo. Gli interruttori scatolati e gli interruttori aperti, oltre ad operare su valori di correnti maggiori rispetto a quelli modulari, permettono di tarare secondo necessità le curve di attivazione delle protezioni magnetiche o termiche. Nonostante si mantenga la dicitura "termica" e "magnetica", questi interruttori, dovendo gestire correnti molto alte, non si affidano ai principi fisici già esposti ma si basano su un controllo elettronico.

Negli interruttori scatolati a bassa tensione, sono 4 le curve tarabili per l’interruttore

• CURVA L (curva termica): curva tempo-dipendente, viene tarata  per valori prossimi a I_b (corrente di esercizio);
• CURVA S (magnetica con ritardo): può anche essere tempo-dipendente, indica la prima attivazione della protezione magnetica, il ritardo programmato garantisce la selettività tra gli interruttori dell’impianto;
• CURVA I (magnetica istantanea): permette l’attivazione della protezione magnetica in decimi di secondo, viene tarata rispetto alla minima corrente di corto circuito a fondo linea prevista;
• CURVA G (differenziale): si occupa della protezione dal guasto a terra, mantenendo sotto controllo i vettori corrente e le loro eventuali variazioni; per maggiori informazioni si rimanda a questo link.

Per correnti nominali molto alte, superiori agli 800 A, vengono utilizzati interruttori aperti: questi interruttori  attraverso il controllo elettronico gestiscono il passaggio della corrente e, quando necessario, aprono il circuito usando l’aria come dielettrico per interrompere l’arco elettrico. Le curve caratteristiche programmabili sono le stesse degli scatolati. La grossa differenza rispetto agli scatolati, oltre alla maggiore corrente gestita, è la possibilità di ritardare fino a 1 s l'attivazione della protezione magnetica istantanea, così da garantire la selettività dell'impianto.
 

Gli interruttori magnetotermici, agendo tramite una doppio meccanismo, permettono la protezione sia dai sovraccarichi (protezione termica) sia dai cortocircuiti (protezione magnetica); attraverso le loro curve caratteristiche, in alcunI casI regolabili secondo necessità, essi possono essere adattati ai carichi dell’impianto e alle sovracorrenti previste, così da agire tempestivamente solo quando necessario.