Guida agli interruttori magnetotermici

Scopriamo come l'interruttore magnetotermico permette di mettere in sicurezza un impianto elettrico.

Interruttori magnetotermici

Un interruttore magnetotermico, in Italia conosciuto anche come Stotz (dal nome dell'inventore Hugo Stotz), è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso di corrente elettrica in un circuito elettrico in caso di sovracorrente.
Sostituisce sia l'interruttore termico sia il fusibile, presenti in molti altri paesi europei, e - al fine di ottemperare agli obblighi di legge - viene affiancato ad un interruttore differenziale.

Cos’è un interruttore magnetotermico

L'interruttore magnetotermico è un dispositivo di sicurezza che si colloca nel quadro elettrico domestico o industriale per proteggere dalle sovracorrenti la porzione dell’impianto elettrico situato a valle di un cortocircuito o di un sovraccarico.

Il suo funzionamento avviene interrompendo il circuito elettrico sia con un meccanismo di tipo magnetico (si parla di sganciatore magnetico) che con uno di tipo termico (si parla di sganciatore termico). Da questa combinazione deriva la denominazione di interruttore magnetotermico.

Perché si usa un interruttore magnetotermico?

La corrente elettrica che fluisce in un circuito, produce un effetto termico detto Joule che provoca il riscaldamento del conduttore: secondo la legge di Joule, il calore prodotto a seguito di tale riscaldamento è direttamente proporzionale al quadrato dell’intensità della corrente.

Se in un dispositivo elettrico o in un conduttore, la corrente supera un valore massimo (detto corrente nominale o In), si verifica un surriscaldamento per effetto Joule. In questo caso si parla di sovracorrente e può provocare danni molto gravi all’impianto elettrico a causa delle alte temperature che possono anche dare origine ad un incendio. Sono due i motivi che danno origine alla sovracorrente: un sovraccarico ed il cortocircuito.

Entrambi i fenomeni vanno bloccati rapidamente perché pericolosi per la sicurezza di cose e persone. La soluzione ottimale è utilizzare un interruttore magnetotermico che interviene aprendo il circuito in caso di sovracorrente.

Interruttore magnetotermico e sovraccarico

Il sovraccarico è un guasto che si verifica quando la corrente supera una certa soglia, ad esempio quando vengono collegati contemporaneamente alla linea elettrica troppi elettrodomestici ad alto assorbimento di corrente.

La corrente di sovraccarico è pericolosa perché può fondere il materiale isolante provocando un contatto tra conduttori che può degenerare in corto circuito.
Un interruttore magnetotermico è in grado interrompere tutte le correnti che passano nell’impianto elettrico compresa la corrente di sovraccarico.

Interruttore magnetotermico e corto circuito

La corrente di cortocircuito è un flusso istantaneo di corrente di elevata intensità generato dal contatto diretto tra due conduttori caratterizzati da diverso potenziale come ad esempio la fase ed il neutro.
Il cavo elettrico non è in grado di sopportare valori così alti di corrente (parliamo anche di migliaia di Ampere) né le alte temperature provocate dall’effetto Joule: il materiale si fonde e può prendere fuoco con effetti istantanei.

Per questo motivo il cortocircuito va interrotto nel minor tempo possibile. L’ interruttore magnetotermico può interrompere tutte le correnti che passano nell’impianto elettrico, inclusa la corrente di cortocircuito.

In che modo l’interruttore magnetotermico rileva la sovracorrente

All'interno di un interruttore magnetotermico sono presenti due sezioni distinte, “specializzate” nel rilevare cortocircuito e sovraccarico. Si tratta infatti di fenomeni con caratteristiche molto differenti e come tali necessitano di essere trattati in modo appropriato.

La rilevazione del corto circuito avviene per mezzo di una bobina, un solenoide avvolto su una barra di materiale ferromagnetico.
L’impulso elevato di corrente di cortocircuito induce un campo magnetico che attira una levetta e provoca l'apertura dell'interruttore in modo quasi istantaneo.

La rilevazione del sovraccarico avviene per mezzo di una lamina bimetallica che funge da "resistenza elettrica" quando viene surriscaldata a causa delle alte temperature provocate dalla corrente di sovraccarico. I due metalli accoppiati hanno infatti un differente coefficiente di dilatazione termica e si allungano in modo diverso se sottoposti al calore: questo provoca lo scatto dell'interruttore e l’apertura del circuito. L’intervento non è istantaneo ma dipende principalmente dall’intensità della corrente, perchè più è elevata e più è elevato il calore prodotto per effetto Joule.

Come si attiva l’interruttore magnetotermico

L’interruttore magnetotermico si attiva grazie all’intervento dei due dispositivi di protezione precedentemente descritti: un interruttore di tipo magnetico, detto sganciatore magnetico, e un interruttore di tipo termico, detto sganciatore termico. Entrambi intervengono quando sono sottoposti ad una sovracorrente:

  1. L’interruttore termico (sganciatore termico) agisce automaticamente aprendo il circuito quando c’è sovraccarico. Possiamo definirlo una sorta di sensore termico interno all’ interruttore elettromagnetico.
  2. L’interruttore magnetico (sganciatore magnetico) funge da dispositivo di sicurezza quando sopraggiunge sovracorrente di cortocircuito.

Tempi di intervento di un interruttore magnetotermico

Il comportamento dell’interruttore elettromagnetico in presenza di una sovracorrente è descritto da un grafico chiamato caratteristica di intervento tempo-corrente, da cui si evincono i tempi di intervento per l’apertura automatica (asse y) in relazione alla corrente che lo attraversa (asse x).Tempi di intervento di un interruttore magneto termico

La scala delle correnti (asse x) viene espressa in multipli della corrente nominale (In).
Per garantire la sicurezza dell’impianto, l’interruttore magnetotermico deve intervenire entro tempi stabiliti che dipendono dalla corrente, e sono descritti nella curva caratteristica di intervento tempo-corrente.

I valori minimi consentiti sono stabiliti per legge dalla normativa EN60898-1 (CEI 23-3/1), che regola gli interruttori magnetotermici ad uso domestico, e dalla normativa EN 60947-2 - CEI che regola quelli ad uso industriale. Tali valori devono essere forniti graficamente, sottoforma di curve, dal costruttore del dispositivo e devono essere riferiti alla temperatura ambiente.

La caratteristica di intervento tempo-corrente di un interruttore magnetotermico è data dall’unione delle caratteristiche dei due sganciatori (termico e magnetico) che lo compongono.

Osservando il grafico, si può notare che:

  1. Le curve sono normalmente due perchè indicano i casi estremi, ma può essere fornita anche un’unica curva generata da valori medi;
  2. nella prima parte della curva i tempi sono tanto più lunghi quanto è minore l’intensità di corrente (si parla di curva a tempo inverso), comportamento caratteristico dell’interruttore termico;
  3. nella seconda parte del grafico invece, si nota come più è alta la corrente e più è veloce l’intervento dell’interruttore, come avviene nell’interruttore magnetico.

Amperaggio degli interruttori magnetotermici

Gli interruttori magnetotermici vengono costruiti per funzionare ad un’intensità di corrente specifica misurata in Ampere. Si definisce corrente nominale (In) quella che può circolaresenza problemi a temperatura ambiente, segnalata sul dispositivo se differisce da 30°C.

Le In utilizzate negli interruttori magnetotermici hanno amperaggio: 6,10,13,16,20,25,32,40,50,63,80,100, 125. La scelta è prevalentemente legata agli Ampere a cui interviene la protezione: perchè il sistema sia in sicurezza, infatti, la corrente di cortocircuito non deve essere superiore al massimo valore di corrente fornito dal costruttore ed indicato in Ampere su di una specifica targhetta apposta sull’interruttore elettromagnetico (potere di interruzione).

Ad esempio i magnetotermici ad uso domestico sono tarati per In <= 125A e non si possono regolare. Gli interruttori ad uso industriale invece sono regolabili in base alla corrente che deve fluire all’interno del circuito e sono suddivisi in tre categorie diverse: tipo A, tipo B e tipo C.

Interruttore magnetotermico tipo B

Per questo interruttore elettromagnetico il range della corrente di intervento in caso di cortocircuito è l’intervallo 3-5 In.

Questo significa che lo sganciatore magnetico non interviene per correnti <= 3 volte In e interviene invece per correnti >= 5 volte In.
Proteggono persone, generatori e cablaggi di grande lunghezza.

Interruttore magnetotermico tipo C

Il range della corrente di intervento in caso di cortocircuito è l’intervallo 5-10 In. Sono i più diffusi e proteggono cablaggi e impianti che forniscono corrente ad apparecchi utilizzatori classici.

Interruttore magnetotermico tipo D

Il range della corrente di intervento in caso di cortocircuito è l’intervallo 10-20 In. Proteggono cavi e impianti che alimentano ad esempio trasformatori e alcuni motori.

Classificazione degli interruttori magnetotermici

Gli interruttori magnetotermici possono essere classificati in base a due tipologie:

  • in base al tipo di impiego;
  • in base al tempo d’interruzione;
  • in base alla corrente;

Classificazione in base al tipo di impiego

In base a come è stato costruito il dispositivo, e quindi in base alla In ed al Potere di interruzione forniti dal costruttore, gli interruttori magnetotermici possono essere classificati in:

  1. Interruttori magnetotermici modulari, usati nel settore civile e terziario, caratterizzati da In <= 100 A e Potere di interruzione <= 50kAmpere.
  2. Interruttori magnetotermici scatolati, usati prevalentemente in ambito industriale, caratterizzati da In <= 2000A e Potere di interruzione <= 150kA. L’alto potere di interruzione è dovuto all’isolamento della scatola di supporto, realizzata in materiale plastico.
  3. Interruttori magnetotermici aperti, impiegati principalmente in ambito industriale e caratterizzati da grandi dimensioni, In <= 10.000 A e Potere d'interruzione <= 100kA.

Classificazione in base al tipo d’interruzione

E’ possibile suddividere gli interruttori magnetotermici anche in base al tempo che impiega lo ganciatore magnetico ad interrompere la corrente di corto circuito:

  1. Interruttori magnetotermici limitatori, in cui l'interruzione viene anticipata di molto rispetto allo zero naturale della corrente, ossia rispetto al passaggio per l’origine della forma d'onda sinusoidale della corrente alternata.
  2. Interruttori magnetotermici rapidi, in cui l'interruzione si ha al primo o secondo passaggio per lo zero naturale della corrente di corto-circuito;
  3. Interruttori selettivi o ritardati, in cui il tempo di intervento viene apposta ritardato per consentire la selezione a livello temporale degli interruttori magnetotermici messi in serie.

Classificazione in base alla corrente

Tempi di intervento di un interruttore magneto termicoEsiste un ulteriore modo per classificare gli interruttori magnetotermici, ossia in base alla corrente in cui interviene l’interruttore magnetico e quindi in base alla curve caratteristiche di intervento tempo-corrente fornite dai costruttori nel rispetto della normativa vigente (riferimenti CEI 64-8 , art. 433 e 434): curva B, curva C, curva D, curva Z, curva K e curva MA.

Secondo la normativa CEI EN 60898 per gli interruttori magnetotermici domestici la classificazione è in interruttori magnetotermici di tipo A, di tipo B e di tipo C che è stata descritta nei paragrafi precedenti. La norma CEI EN 60947-2 prevede anche le curve K , Z e AM per gli interruttori magnetotermici industriali:

  1. Interruttore magnetotermico tipo Z, in cui lo sganciatore interviene quando la corrente è compresa nel range 2.4 - 3.6 In. Proteggono i circuiti elettronici.
  2. Interruttori magnetotermici tipo AM, in cui lo sganciatore interviene quando la corrente è compresa nel range 9,6 - 14,4 In. Questi magnetotermici sono indicati per la protezione dei motori.
  3. Interruttori magnetotermici tipo K, dove lo sganciatore interviene come nel tipo D, ma con una diversa forma di curva di intervento. Proteggono cablaggi e impianti che forniscono corrente a dispositivi con elevata corrente di avviamento.

Conclusioni

Per scegliere un magnetotermico occorre sapere l’amperaggio assorbito dalle utenze e la probabilità che vengano usate nello stesso momento. Bisogna però tener conto anche delle caratteristiche della rete in cui viene installato (ad esempio lunghezza dei cavi e temperatura ambiente), della continuità di servizio desiderata e della normativa di sicurezza da rispettare.

Per il settore industriale i parametri di scelta diventano molto specifici ed è necessario conoscere (e saper comprendere) i grafici delle curve di intervento.