La protezione tramite interruzione automatica: il principio e la condizione di intervento

«Ho tirato i cavi, ho messo i magnetotermici, fatto — è protetto.» È una trappola in cui cadono anche elettricisti con esperienza. Un magnetotermico che interviene in caso di guasto, ma lo fa in tre secondi su una presa a 230 V, è — sulla carta — scattato. In realtà non ha rispettato la norma e ha lasciato qualcuno con la mano su una carcassa in tensione per troppo tempo. La protezione tramite interruzione automatica non si giudica dal se scatta, ma da quanto in fretta.

Dove si applica: lo strato «in caso di guasto»

Si tratta della seconda metà della protezione contro gli shock elettrici (della prima — isolamento e carcasse — ho scritto a parte). Qui entra in gioco il momento in cui l’isolamento ha ceduto e la carcassa metallica di un apparecchio finisce accidentalmente in tensione. Secondo l’Art. 4.1.4.1.1, l’interruzione automatica dell’alimentazione è la misura di protezione più utilizzata negli impianti. Il principio, dall’Art. 4.1.4.1.2, è diretto: in caso di guasto con impedenza trascurabile tra la linea e una massa accessibile (o il PE), un dispositivo deve interrompere automaticamente l’alimentazione entro il tempo massimo stabilito.

Tradotto in cantiere: se la fase tocca la carcassa, la corrente di guasto si richiude attraverso il conduttore di protezione (PE) fino alla sorgente. Quella corrente deve essere abbastanza elevata da forzare l’intervento della protezione prima che la tensione di contatto diventi pericolosa per chi mette la mano sull’apparecchio.

Un corollario che molti dimenticano: se il PE è interrotto da qualche parte lungo il percorso, l’anello di guasto non si può più richiudere, e la protezione contro le sovracorrenti può non intervenire affatto — la carcassa rimane in tensione. Ecco perché la continuità del conduttore di protezione non è un capriccio, ma la condizione perché tutto questo meccanismo funzioni.

Quanto in fretta: il riferimento dei 50 V e la Tabella 4.1

Perché tempi massimi, e non solo «il più in fretta possibile»? Perché il riferimento della norma è la tensione di contatto limite convenzionale, U_L = 50 V c.a. — il valore in base al quale sono fissati i tempi massimi di interruzione (la nota della Tabella 4.1 lo dice esplicitamente). Non che qualsiasi contatto sotto i 50 V sia «sicuro», ma che questa è la soglia di riferimento della norma. Da qui: più alta è la tensione verso terra (U₀), più il guasto spinge in alto la tensione di contatto, quindi il tempo ammesso diminuisce. I tempi della Tabella 4.1 si applicano ai circuiti terminali che non superano i 32 A (Art. 4.1.4.1.3) — cioè esattamente le prese e l’illuminazione di un’abitazione.

La fascia che ci riguarda direttamente è 120<U₀≤230 V c.a. — la rete domestica di 230 V verso terra: 0,4 s in TN, 0,2 s in TT. (Nota 1 della tabella: in c.c. 50–120 V, l’interruzione può essere richiesta per motivi diversi dallo shock. Nota 2: se l’interruzione la esegue un differenziale, si applica l’Art. 4.1.5.2.) La tabella lascia anche un alleggerimento: in TT, se l’interruzione la esegue una protezione contro le sovracorrenti e il collegamento equipotenziale comprende tutte le masse estranee, puoi usare i tempi del TN.

Perché un buon magnetotermico può NON proteggerti

Qui si chiude la tesi di partenza. Perché l’interruzione avvenga nel tempo richiesto, non basta mettere un interruttore — occorre che l’impedenza dell’anello di guasto sia abbastanza piccola da far raggiungere alla corrente di guasto la soglia di intervento. L’Art. 4.1.4.1.10 lo mette in formula, per i sistemi TN:

• Z_s — l’impedenza dell’anello di guasto: la sorgente + il conduttore di fase fino al punto di guasto + il conduttore di protezione dal guasto fino alla sorgente (in ohm).
• I_a — la corrente che provoca l’intervento automatico nel tempo richiesto. Qui c’è una confusione frequente: su un MCB, I_a non è la corrente nominale (16 A, 20 A), ma la corrente alla quale interviene nel tempo imposto — e quella dipende dalla curva. Un MCB curva C interviene rapidamente (nella zona magnetica) solo a circa 5–10× In.
• U₀ — la tensione nominale tra fase e terra (in volt).

In altri termini: se Z_s cresce, la corrente di guasto diminuisce — e se diminuisce troppo, un magnetotermico perfettamente valido non interviene più nel tempo richiesto. Un anello troppo «lungo» elettricamente (cavo sottile, percorso lungo, PE sottodimensionato) è proprio questo.

Ecco perché la sezione dei conduttori, la scelta della protezione e il rispetto dei tempi della Tabella 4.1 sono uno stesso problema, non tre decisioni separate. «Ho messo un MCB da 16 A» non dice nulla se l’anello di guasto è troppo grande perché, in caso di guasto, la corrente raggiunga la soglia di intervento rapido (magnetico) nel tempo richiesto.

Una nota, perché la norma lo dice sempre all’Art. 4.1.4.1.10: se la protezione è un differenziale, I_a è la corrente differenziale residua di funzionamento — molto più piccola della soglia di un MCB. Proprio perché è piccola, un differenziale «supera» la condizione anche con un anello a impedenza elevata; la sua verifica vera e propria ha però regole sue, che tratto a parte.

Quando non si riesce in tempo

La norma non ti lascia in balìa di te stesso se non rientri nel tempo. Art. 4.1.4.1.7: se l’interruzione automatica non può essere realizzata nel tempo applicabile, si deve prevedere un collegamento equipotenziale di protezione supplementare — non rinunci alla sicurezza, aggiungi una misura che tiene bassa la tensione di contatto.

Dove interviene ElectroSchema

Della protezione contro i guasti, l’applicazione verifica la parte che può «vedere» dalla pianta — la presenza della protezione differenziale dove la norma la richiede: V05 segnala le prese, e V18 i circuiti di illuminazione privi di un differenziale ≤ 30 mA a monte (Art. 4.1.5.2.1), mentre V07 richiede l’IP44 nei bagni. La condizione Z_s·I_a ≤ U₀ invece richiede l’impedenza reale dell’anello (dati dal posto), quindi resta una verifica di progetto e una misura alla messa in servizio — non qualcosa di deducibile dal solo disegno. Proprio per questo va pensata fin dall’inizio: sezioni e percorsi che tengono Z_s piccola, perché i tempi della Tabella 4.1 siano realistici, non solo spuntati nel calcolo.