Il relè di protezione: tipi e uso negli impianti residenziali

Cos’è un relè — il principio di base

Un relè elettrico è un commutatore comandato elettromagneticamente: una piccola corrente (corrente di comando) eccita una bobina che genera un campo magnetico, il quale a sua volta muove un’armatura metallica che apre o chiude i contatti di un circuito di potenza (corrente elevata).

Il valore fondamentale del relè è l’isolamento galvanico tra il circuito di comando e quello di potenza — un sensore a 12V DC può commutare un circuito a 230V AC senza alcun collegamento elettrico diretto.

I relè moderni sono di molti tipi: elettromeccanici (bobina + armatura fisica), statici (a semiconduttori) e numerici/digitali (a microprocessore). Nelle applicazioni residenziali, i più frequenti sono quelli elettromeccanici e quelli statici a comparatore.

1. Il relè di tensione (relè UV/OV)

Il relè di tensione monitora la tensione di rete e disconnette il carico quando la tensione esce da una banda configurabile (di regola ±10% rispetto ai 230V nominali, cioè 207–253V secondo la EN 50160).

Da cosa protegge concretamente:

• Minima tensione (brownout) — i motori elettrici (pompe, compressori del condizionatore) si surriscaldano quando funzionano a tensione ridotta: la corrente cresce con 1/U, e il calore con I²
• Sovratensione — le apparecchiature elettroniche e i LED sono sensibili; una sovratensione del 10% può ridurre drasticamente la durata di vita o distruggere le apparecchiature
• Ritorno della tensione dopo un’interruzione — il relè con ritardo (tipicamente 3–15 secondi) protegge i compressori del condizionatore da un riavvio prematuro prima che la pressione si sia equilibrata

2. Il relè di controllo fasi (trifase)

Per gli impianti trifase residenziali (pompe, grandi centrali di climatizzazione, officine), il relè di controllo fasi verifica simultaneamente tutte e tre le fasi e interviene a ogni anomalia che possa danneggiare i motori.

I guasti più frequenti che previene:

• Mancanza fase (phase loss) — lo scenario più pericoloso: il motore trifase tenta di girare su 2 fasi, la corrente sale a 1,7–2× il normale, l’avvolgimento brucia in pochi minuti
• Sequenza errata (inversione di fase) — i motori a senso obbligato (pompe, ascensori, ventilatori centrifughi) possono rompersi meccanicamente o allagare se girano al contrario
• Asimmetria tensioni — uno squilibrio del 3–5% nelle tensioni genera uno squilibrio del 15–25% nelle correnti (a causa della bassa impedenza del motore), che surriscalda l’avvolgimento

3. Il relè termico (sovraccarico motore)

Il relè termico è dedicato alla protezione dei motori elettrici dai sovraccarichi prolungati. A differenza dell’MCB, il relè termico è tarabile (potenziometro) e ha una caratteristica tempo-corrente più vicina alla termica del motore protetto.

Funziona secondo lo stesso principio del bimetallo dell’MCB, ma dimensionato per correnti elevate e con regolazione fine. Nel residenziale compare su:

• Pompe per piscine o irrigazione (motori 0,5–2,2 kW)
• Motori per cancelli automatici e automazioni per garage
• Ventilatori industriali in officine o serre
• Compressori d’aria per uso domestico

Relè vs. MCB — la differenza essenziale

L’MCB protegge i conduttori e il circuito — interviene quando la corrente supera la capacità termica del cavo. Il relè di protezione protegge l’apparecchiatura collegata — interviene quando i parametri di funzionamento dell’apparecchiatura (tensione, equilibrio delle fasi, temperatura) escono dalla banda normale di esercizio.

Un motore può girare per anni con una corrente sotto il limite dell’MCB, ma con una tensione leggermente squilibrata — e si brucerà gradualmente senza che l’MCB percepisca alcun problema. Il relè di protezione lo percepisce.

Il relè numerico/digitale

I relè di protezione moderni sono in realtà piccoli microprocessori che misurano in tempo reale i parametri elettrici e applicano algoritmi configurabili. Rispetto a quelli elettromeccanici:

• Soglie configurabili digitalmente (non a potenziometro)
• Memorizzano gli ultimi N interventi con timestamp e causa
• Comunicazione RS485/Modbus con i sistemi di automazione e di home automation
• Funzioni multiple nello stesso corpo (tensione + fasi + frequenza + potenza)

Il relè multifunzione — un solo modulo, tutte le protezioni

Nel residenziale, la forma dominante oggi non è più il relè a funzione singola, ma il relè di protezione e monitoraggio multifunzione (Fig. 0 e Fig. 4): un modulo da 1–2 unità DIN che integra nello stesso corpo tutte le funzioni descritte sopra.

Scopo e ruolo nell’impianto: sorveglia di continuo la tensione, la corrente e (sui modelli trifase) l’equilibrio delle fasi, confronta i valori misurati con soglie regolabili e, al superamento, comanda la disconnessione del carico tramite un contatto di uscita (tipicamente fino a 40–63 A) — direttamente o tramite contattore. In pratica sostituisce una fila di relè separati (tensione + fasi + termico) con un unico apparecchio che:

• Misura di continuo U, I, P e il fattore di potenza — e li visualizza sul LED frontale
• Protegge da minima/sovratensione (UVP/OVP), sovraccarico termico (OTP), mancanza e sequenza errata di fase, potenza minima/massima e correnti di dispersione (con toroide esterno)
• Ritarda la riconnessione dopo il ritorno nei parametri (protegge i compressori e le pompe dai riavvii prematuri)
• Memorizza gli eventi e, sui modelli con USB/Modbus, li riporta all’automazione

Il costo di un relè numerico con comunicazione Modbus (50–150 EUR) è giustificato per le case con sistemi fotovoltaici, gruppi di riserva o impianti tecnici complessi.

Riferimento normativo

Nell’I7-2011, il relè non compare come «apparecchio di protezione» a sé stante (come MCB/RCCB), ma come dispositivo di comando (interruzione) funzionale, trattato nel sottocapitolo 5.3.4.5 — «Dispositivi di separazione (sezionamento), interruzione e comando». Lì, l’Art. 5.3.4.5.3.2 b) lo nomina esplicitamente tra i mezzi di interruzione funzionale:

«[…] l’interruzione funzionale può essere realizzata mediante interruttori, dispositivi a semiconduttore, contattori, relè, prese di corrente di corrente nominale non superiore a 16 A.»— I7-2011, Art. 5.3.4.5.3.2 b)

Il ruolo di questi dispositivi è definito all’Art. 5.3.4.5.0.1: le misure di «separazione (sezionamento), interruzione e comando non automatico […] sono utilizzate allo scopo di prevenire o evitare i pericoli di infortunio alle persone o il deterioramento (distruzione) delle apparecchiature degli impianti elettrici» — esattamente la funzione del relè di protezione: non protegge il cavo, ma l’apparecchiatura.

Il modo in cui il relè comanda effettivamente la disconnessione è descritto all’Art. 5.3.4.5.2.4:

«Gli interruttori automatici, i contattori ecc. si aprono a distanza tramite il pulsante (commutatore) che agisce nel circuito di sgancio della bobina.»— I7-2011, Art. 5.3.4.5.2.4

In altre parole, il relè non interrompe esso stesso il circuito di potenza, ma comanda la bobina di un contattore — lo schema nel riquadro qui sopra. Le norme di prodotto per i relè di protezione sono della serie IEC 60255, e i relè di tensione per gruppi elettrogeni e impianti fotovoltaici rispettano inoltre i requisiti di connessione alla rete (EN 50549).