Esercizi di selettività delle protezioni
Errori classici di coordinamento: MCB del circuito > MCB generale, differenziale con sensibilità sbagliata, RCBO senza neutro collegato. Simuli un guasto e segui l’animazione di quale protezione interviene — e perché è sbagliato.
Simulatore di guasto — quale protezione interviene?
Configura la cascata, scegli il guasto e vedi in animazione quale protezione scatta
Generale (a monte)
Circuito (a valle)
Configura le protezioni e premi „Simula il guasto” per vedere quale scatta.
Calcolatore interruttore magnetotermico (MCB)
Corrente di impiego → In standard, campo termico, soglia magnetica (curva B/C/D)
0.85 tipico nel residenziale, 1.0 puramente resistivo
C: 5–10×In — prese, elettrodomestici
Corrente di impiego Ib
15,2 A
Interruttore In
16 A · C
Campo termico
18–23 A
Soglia magnetica
80–160 A
Ib = P / (230 × 1) = 15,22 A
In standard ≥ Ib: primo rating ≥ 15,22 A → 16 A
Curva C: soglia magnetica = 5–10 × 16 = 80–160 A
Il campo termico 1.13–1.45×In è l’intervento convenzionale al sovraccarico (IEC 60898-1); lo sganciatore magnetico è istantaneo, nella banda indicata sopra.
Calcolatore selettività dei differenziali (RCD in cascata)
Confronta RCD a valle e a monte → rapporto IΔn, tipo, verdetto secondo le fig. 4.1/4.2 (V29)
A valle (sul circuito)
Tipo generale (istantaneo)
A monte (generale)
Rapporto IΔn
10,0×
Gradini IEC
2
✓ Selettivo
Selettivo: tipo «S» ritardato a monte sopra tipo generale a valle, con rapporto ≥ 3 — come nelle fig. 4.1/4.2; un guasto sul circuito fa intervenire solo l’RCD a valle.
Scala delle correnti differenziali nominali IΔn (Art. 4.1.5.2.4): 6 · 10 · 30 · 100 · 300 · 500 mA e 1 A; il calcolatore usa i gradini usuali 10–1000 mA. A valle di solito 30 mA (prese e apparecchi utilizzatori ≤ 32 A, circuiti di illuminazione nelle case unifamiliari — Art. 4.1.5.2.1 nella forma degli Aggiornamenti 2023; bagni — Art. 7.1.3.5).
Calcolatore cortocircuito e potere di interruzione
Icc presunto (Ik) dall’impedenza di cortocircuito vs Icn dell’apparecchio (V54)
Somma delle impedenze sull’anello fase-neutro: sorgente + cavi (andata e ritorno) fino al punto di guasto. Si compongono vettorialmente, non sommando i moduli: Z = √((ΣR)² + (ΣX)²), le resistenze tra loro e le reattanze tra loro — la sorgente è prevalentemente induttiva, un cavo di piccola sezione prevalentemente resistivo.
MCB residenziale tipico: 6 kA
Icc presunto
575 A
Icc
0,58 kA
✓ Icn ≥ Icc
Ik3 = c × Un / (√3 × Zk), Zk per fase · Ik1 = c × U0 / Zs, Zs l’anello fase-neutro · c = 1.0
Ik = 230 / (0.4) = 575 A
L’Icc diminuisce con la distanza (l’impedenza aumenta). Art. 4.3.5.1: Icn ≥ Icc; se Icn < Icc è ammesso solo con un dispositivo a monte adeguato (backup/filiazione). Qui c = 1,0, cioè l’Icc alla tensione nominale — non il valore cautelativo: per il potere di interruzione si calcola con c_max (1,1 sulle reti a ±10 %), quindi l’Icc reale può essere superiore di circa il 10 %. Il validatore dell’applicazione (regola V44) stima l’Icc MINIMA a fine linea con il fattore 0,8 del metodo convenzionale: Icc_min = 0,8 × 230 / Zs, con Zs = 0,35 Ω (sorgente) + Σ(2·ρ·L/S).
Calcolatore impedanza dell’anello (Zs) & Icc minima
Zs dal cavo → Icc minima a fine linea (formula del validatore V44)
rete + trasformatore; 0,35 Ω è un valore scelto volutamente alto, a favore di sicurezza per l’Icc MINIMA (allacciamento lungo, fine linea). Non usarlo per il potere di interruzione, dove conta l’Icc massima: a 3–6 kA, quanto la pagina indica come usuale al quadro principale, l’impedenza corrispondente è dell’ordine di 0,04–0,08 Ω.
lunghezza semplice del circuito (×2 = anello fase + neutro)
Resistenza dell’anello del cavo
0,432 Ω
Impedenza totale Zs
0,782 Ω
Icc minima a fine linea
235 A
Zs = Z_sorgente + 2 × ρ × L / S · Icc_min = 0.8 × 230 / Zs
Zs = 0.35 + 2 × 0.027 × 20 / 2.5 = 0,782 Ω → Icc_min = 235 A
ρ = 0,027 (Cu) / 0,043 (Al) Ω·mm²/m: valori di calcolo per l’Icc minima, circa 1,5 × ρ a 20 °C (il conduttore riscaldato verso la fine del guasto); il fattore 0,8 = metodo convenzionale (la tensione all’origine del circuito guasto si assume 0,8·U0). L’Icc minima deve superare il limite SUPERIORE della banda magnetica — 10 × In sulla curva C — l’unico al quale l’intervento istantaneo è garantito (condizione Zs × Ia ≤ U0, Art. 4.1.4.1.10); la stessa formula la usa il validatore nella regola V44. Le due ipotesi si cumulano intenzionalmente: nel metodo convenzionale puro il fattore 0,8 sostituisce l’impedenza a monte (Z_sorgente = 0), mentre il metodo delle impedenze parte dall’impedenza reale della sorgente. Qui entrano entrambe, quindi l’Icc minima risulta più bassa che con l’uno o l’altro metodo preso da solo — a favore di sicurezza per la verifica dell’intervento, ma non confrontabile con i valori delle tabelle.
Ipotesi di calcolo e ambito di applicazione
- Soglie B/C/D secondo IEC 60898-1 (B = 3–5×In, C = 5–10×In, D = 10–20×In); campo termico convenzionale 1.13–1.45×In
- Selettività dei differenziali: a monte > a valle, rapporto IΔn ≥ 3 (condizione della stesura del 2011 dell’Art. 4.1.5.2.8, eliminata dal testo nel 2023) e coppie come nelle fig. 4.1/4.2, a cui rimanda l’articolo in vigore: tipo S 500 mA o tipo generale 300 mA a monte sopra tipo generale 100 mA e 30 mA (fig. 4.1), ritardo definito 1 A → tipo S 300 mA → tipo generale 30 mA (fig. 4.2); il validatore (V29) dà errore se a monte ≤ a valle, avviso sotto 3 e informazione per le coppie fuori dalle figure. Tempi di intervento: tipo generale 40…300 ms, tipo S 150…500 ms, in funzione della corrente di guasto confrontata con IΔn (Art. 4.1.5.2.7)
- La corrente di cortocircuito Ik3 = c·Un/(√3·Zk), con Zk l’impedenza per fase, e Ik1 = c·U0/Zs, con Zs l’anello fase-neutro, con fattore di tensione c = 1.0 (stima; il valore esatto si determina secondo NTE 006/06/00, Art. 3.1.4.1)
- Il potere di interruzione si verifica con Icn ≥ Icc presunto (Art. 4.3.5.1, V54); per progetti reali convalida con un calcolo completo di cortocircuito
La selettività delle protezioni — passo dopo passo
Dai due sganciatori di un interruttore al coordinamento MCB/RCD e al potere di interruzione.
A. Due sganciatori in un interruttore
Lo sganciatore termico — sovraccarico
Un bimetallo si riscalda in modo proporzionale alla corrente e si incurva, aprendo il contatto. Agisce lentamente, ai piccoli sovraccarichi prolungati. Campo convenzionale di intervento: 1.13–1.45 × In (IEC 60898-1).
Lo sganciatore magnetico — cortocircuito
Un elettromagnete apre il contatto istantaneamente quando la corrente supera una soglia (curva B/C/D). Protegge dal cortocircuito, dove la corrente cresce di colpo di decine di volte.
| Aspetto | Termico (sovraccarico) | Magnetico (cortocircuito) |
|---|---|---|
| Causa | Sovraccarico — consumo eccessivo, prolungato | Cortocircuito — guasto, corrente enorme improvvisa |
| Elemento | Bimetallo (si riscalda e si incurva) | Elettromagnete (bobina) |
| Velocità | Lento (secondi–minuti) | Istantaneo (≤ 0,1 s) — sopra il limite superiore della banda |
| Soglia | 1,13–1,45 × In | B 3–5 · C 5–10 · D 10–20 × In |
| Esempio | Troppi apparecchi sullo stesso circuito | La fase tocca il neutro o il PE |
Art. 4.3.1.2 — I7-2011
«... dispositivi che proteggono sia dalle correnti di sovraccarico sia dalle correnti di cortocircuito (interruttori automatici dotati di relè di protezione dalle sovracorrenti e di sganciatori rapidi al cortocircuito ...).»
B. Le curve B / C / D (IEC 60898-1)
| Curva | Soglia magnetica | Utilizzo tipico |
|---|---|---|
| B | 3–5×In | Illuminazione LED, circuiti lunghi (Icc piccola all’estremità) |
| C | 5–10×In | Prese, elettrodomestici (standard residenziale) |
| D | 10–20×In | Motori, trasformatori (elevate correnti di spunto) |
La caratteristica tempo–corrente (schematica)
La parte inclinata = l’intervento termico (più la corrente è grande, più il tempo diminuisce); la caduta verticale = la soglia di intervento magnetico. Il ramo termico è praticamente lo stesso per B, C e D — nel disegno le curve sono leggermente sfalsate solo per poterle distinguere. Ciò che cambia tra i tipi è la banda magnetica: la selettività si giudica dal suo limite inferiore, l’intervento istantaneo garantito da quello superiore.
La soglia magnetica = la soglia di intervento istantaneo, come multiplo della corrente nominale In. Una curva «più alta» (D) tollera i picchi di spunto senza intervenire.
C. La condizione di dimensionamento della protezione
La protezione dal sovraccarico
Ib ≤ In ≤ Iz
Corrente di impiego Ib ≤ corrente nominale della protezione In ≤ corrente ammissibile del cavo Iz. La protezione deve «stare» tra il carico e il cavo.
La corrente convenzionale di intervento
I2 ≤ 1.45 × Iz
I2 (la corrente che fa intervenire con certezza la protezione nel tempo convenzionale) non deve superare 1.45 × Iz, per non danneggiare l’isolamento del cavo.
Art. 4.3.2.1.3 — I7-2011
«Ic ≤ IN ≤ Iadm» — la corrente di calcolo ≤ la corrente nominale del dispositivo ≤ la corrente ammissibile nel conduttore.
D. Selettività tra interruttori in cascata
Le bande magnetiche non devono sovrapporsi
A un cortocircuito su un circuito deve intervenire solo l’interruttore a valle, non anche il generale. La condizione: la soglia magnetica minima della protezione a monte > la soglia magnetica massima di quella a valle.
Differenza di almeno due gradini
Per gli interruttori magnetotermici il criterio pratico è la separazione delle bande magnetiche: con C su C, 5 × In_monte > 10 × In_valle, cioè In_monte > 2 × In_valle (16 A a valle → 40 A a monte). Anche allora la selettività vale solo sotto la soglia magnetica minima del dispositivo a monte — oltre, intervengono entrambi. La regola dei due gradini dell’Art. 4.3.7.1 è formulata per i fusibili, non per gli interruttori.
Art. 4.3.7.1 — I7-2011
«Nei casi in cui più dispositivi di protezione sono inseriti in serie in una distribuzione, le loro caratteristiche si scelgono in modo da garantire la selettività della protezione. In caso di guasto deve intervenire la protezione più vicina ad esso, isolando solo la porzione interessata, senza mettere fuori servizio l’intero impianto ...»
E. Selettività tra differenziali (RCD)
Tipo generale vs tipo «S»
L’RCD di tipo generale interviene senza ritardo (40–300 ms); quello di tipo «S» è ritardato (150–500 ms). Per la selettività cronometrica, a monte si mette il tipo «S» (ritardato), a valle il tipo generale (istantaneo). La fig. 4.1 mostra però anche un RCD di tipo generale da 300 mA sopra RCD di tipo generale da 100 mA e 30 mA.
Rapporto di almeno 3:1
IΔn_monte / IΔn_valle ≥ 3
La corrente residua nominale a monte deve essere ≥ 3 × quella a valle (es. 300 mA a monte, 30 mA a valle → rapporto 10). Così un piccolo guasto fa intervenire solo l’RCD a valle.
Art. 4.1.5.2.8 — I7-2011 (testo iniziale, sostituito nel 2023)
«... la selettività tra un dispositivo di tipo «S» e un altro di tipo generale in serie può essere considerata realizzata se il rapporto tra le rispettive correnti differenziali residue nominali è di almeno 3.»
F. Corrente di cortocircuito e potere di interruzione
La corrente di cortocircuito presunta (Icc)
Ik3 = c × Un / (√3 × Zk) · Ik1 = c × U0 / Zs
Zk = l’impedenza di cortocircuito per fase (sorgente + il conduttore di fase), per il cortocircuito trifase; Zs = l’anello fase-neutro, per quello monofase — due grandezze diverse, non la stessa cifra. Più il punto di guasto è lontano, maggiore è l’impedenza e minore l’Icc. All’estremità della linea, l’Icc minima deve superare il limite SUPERIORE della banda magnetica (Ia = 5 × In sulla curva B, 10 × In su C, 20 × In su D), l’unico al quale l’intervento istantaneo è garantito — la condizione Zs × Ia ≤ U0 dell’Art. 4.1.4.1.10.
Il potere di interruzione: Icn ≥ Icc
Il dispositivo di protezione deve poter interrompere la massima corrente di cortocircuito del suo punto (Icn ≥ Icc). Nel residenziale, l’Icc al quadro principale è tipicamente 3–6 kA → MCB con Icn ≥ 6 kA.
Art. 4.3.5.1 — I7-2011
«Il potere di interruzione deve essere almeno uguale a quello della corrente di cortocircuito presunta, nel luogo di installazione ... è ammesso un potere di interruzione inferiore, se un altro dispositivo di protezione avente il potere di interruzione necessario è installato a monte ...»
Esercizi — scegli l’opzione corretta
Affronti ogni passo scegliendo la risposta corretta. Sbagliato? Riprovi.
Magnetotermico — circuito prese
Un circuito prese è protetto con un interruttore da 16 A, curva C.
Passo 1: Che cosa fa lo sganciatore termico dell’interruttore?
Selettività — due interruttori in cascata
Generale: 40 A curva C (soglia magnetica 200–400 A). Circuito: 16 A curva C (soglia magnetica 80–160 A).
Passo 1: Si sovrappongono le bande magnetiche dei due interruttori?
Selettività — differenziali in cascata
A valle: RCD 30 mA tipo generale. A monte: RCD 300 mA tipo «S» (ritardato).
Passo 1: Qual è il rapporto IΔn a monte / a valle?
Cosa metti sul generale — 3 circuiti
Quadro con 3 circuiti, ciascuno con DDR 30 mA: prese 16 A/C, illuminazione 10 A/B, bagno 16 A/C. Scegli la protezione generale (a monte).
Passo 1: Quale DDR generale metti perché sia selettivo rispetto ai 30 mA a valle?
Esercizi — calcoli ogni passo
Ora inserisci tu il valore di ogni passo. Hai dei suggerimenti se sbagli.
Interruttore — scegli In e la soglia magnetica
Carico 4400 W (monofase, cos φ = 1), protetto con MCB curva C.
Passo 1: La corrente di impiego Ib = P / (230 × cos φ) = ?
Selettività dei differenziali — il rapporto
RCD a valle da 30 mA e RCD a monte da 300 mA.
Passo 1: Il rapporto IΔn a monte / a valle = ?
Cortocircuito — l’Icc diminuisce con la distanza
Circuito monofase (U0 = 230 V). Al quadro Zs = 0,1 Ω; all’estremità della linea Zs = 0,46 Ω.
Passo 1: Icc al quadro: Ik = U0 / Zs = ?
In minimo sull’MCB generale
Circuito a valle 16 A curva C; anche il generale è curva C. Soglia magnetica massima a valle = 10 × 16 = 160 A.
Passo 1: In minimo del generale (5 × In > 160), scelto dalla serie standard = ?
Esercizi — risposta diretta
Risolvi da solo e dai la risposta finale. La soluzione passo dopo passo è disponibile all’occorrenza.
Soglia magnetica — curva B
Interruttore In = 25 A, curva B (3–5×In). Quanto vale la soglia magnetica MINIMA (A)?
Gradini sulla scala IEC
RCD a valle 30 mA, RCD a monte 300 mA. Quanti gradini ci sono tra loro sulla scala standard IΔn?
Cortocircuito e potere di interruzione
Circuito monofase, U0 = 230 V, Zs = 0,115 Ω. Quanto vale l’Icc presunta (A)?
Discussione
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