Perché si verifica il tempo di disconnessione
Quando si verifica un guasto franco verso terra, la protezione deve togliere tensione in un tempo abbastanza breve da non esporre le persone a una tensione di contatto pericolosa. Il tempo di disconnessione è l'intervallo che intercorre tra l'insorgere del guasto e l'apertura dell'interruttore: se è troppo lungo, le masse metalliche restano in tensione e il rischio di folgorazione cresce.
Non basta che l'interruttore magnetotermico sia presente e ben calibrato. Occorre dimostrare che, con l'impedenza reale del circuito, la corrente di guasto è sufficiente a farlo scattare entro il tempo massimo ammesso. Questa dimostrazione mette in relazione due grandezze legate tra loro: l'impedenza di anello e la corrente che ne deriva.
La verifica riguarda ogni circuito: prese, illuminazione, alimentazione di macchine e quadri di zona. In un impianto documentato in modo corretto, il controllo del tempo di disconnessione è parte del progetto e non un'aggiunta fatta a lavori ultimati.
Impedenza di anello e corrente di guasto
L'impedenza di anello (Zs) è l'impedenza complessiva del percorso che la corrente segue quando il guasto si chiude verso terra. Comprende la rete o il trasformatore a monte, i conduttori di fase e di protezione fino al punto di guasto e, infine, i collegamenti di terra. Si esprime in ohm.
Nota l'impedenza, la corrente di guasto si ricava dal rapporto tra la tensione di fase nominale (U0, di norma 230 V) e l'impedenza stessa. Più l'anello è lungo e sottile, maggiore è l'impedenza: la corrente di guasto diminuisce e diventa più difficile far intervenire la protezione in tempo utile.
Il criterio normativo si scrive in forma compatta come Zs × Ia ≤ U0, dove Ia è la corrente che garantisce l'intervento della protezione entro il tempo massimo previsto. In pratica si confronta l'impedenza misurata o calcolata con il valore massimo che la protezione può tollerare restando efficace. Se l'impedenza è inferiore a quel limite, il tempo di disconnessione è rispettato.
I tempi massimi di disconnessione previsti dalla norma
I valori ammessi dipendono dallo schema di collegamento a terra e dal tipo di circuito. Nei sistemi TN, per i circuiti terminali a 230 V protetti da interruttori automatici fino a 32 A, il tempo massimo è di norma 0,4 s; per i circuiti di distribuzione è ammesso un tempo più lungo, fino a 5 s. Nei sistemi TT la protezione è affidata al dispositivo differenziale, con tempi fissati in modo specifico.
| Schema | Tipo di circuito | Tempo massimo | Protezione |
|---|---|---|---|
| TN | Terminale a 230 V, fino a 32 A | 0,4 s | Interruttore automatico |
| TN | Distribuzione | 5 s | Interruttore automatico |
| TT | Circuiti terminali | Secondo il differenziale | Interruttore differenziale |
Questi valori sono limiti di sicurezza e non obiettivi di progetto: si può dimensionare un impianto che interviene anche più rapidamente, ma non più lentamente. Un tempo di intervento più breve riduce la durata della tensione di contatto e quindi il rischio per le persone.
Dati e strumenti per la verifica
Per eseguire la verifica servono alcuni dati di base: la tensione nominale del sistema, il tipo di collegamento a terra (TN o TT), le caratteristiche della protezione installata e la curva tempo-corrente dell'apparecchio. Da questi elementi si ricava la corrente Ia che provoca l'intervento entro il tempo massimo.
Il secondo gruppo di dati riguarda il circuito: sezioni e lunghezze dei conduttori di fase e di protezione, materiale (rame o alluminio) e temperatura di servizio. La lunghezza del percorso di guasto è spesso il fattore che pesa di più, perché cresce con la distanza tra il punto di guasto e la sorgente.
Sul campo si usano un misuratore di impedenza di anello e un analizzatore di impianti; in fase di progetto si procede per calcolo. I due approcci non si escludono: il calcolo guida le scelte, la misura conferma che quanto realizzato corrisponde al progetto.
Come si calcola o si misura l'impedenza di anello
L'impedenza di anello si ottiene per calcolo sommando le impedenze dei tratti che compongono il percorso del guasto, oppure per misura con uno strumento dedicato. Il calcolo è tipico della fase di progetto, la misura serve invece alla verifica dell'impianto realizzato.
Nel calcolo si fa riferimento alla temperatura dei conduttori in servizio, che ne aumenta la resistenza rispetto al valore a freddo. Trascurare questo aspetto porta a sottostimare l'impedenza e quindi a considerare efficace una protezione che, alle condizioni reali, non lo è.
La misura si esegue con un misuratore di impedenza di anello alimentato dall'impianto in prova, oppure con una misura di continuità seguita dal calcolo del circuito fuori tensione. In entrambi i casi il risultato va confrontato con il limite ammesso per la protezione installata, tenendo conto del margine tra valore di progetto e valore misurato.
Esempio pratico di verifica
Consideriamo un circuito a 230 V protetto da un magnetotermico di tipo B da 16 A, in un sistema TN con tempo massimo ammesso di 0,4 s. Per far intervenire la protezione entro quel tempo occorre una corrente di guasto pari ad alcuni multipli della corrente nominale, in funzione della curva dell'apparecchio.
Ipotizziamo che la corrente necessaria risulti di 80 A. L'impedenza massima ammessa si ricava dal rapporto tra 230 V e 80 A, cioè circa 2,9 Ω. Se l'impedenza di anello calcolata o misurata è inferiore a questo limite, la protezione interviene entro il tempo richiesto e la verifica è soddisfatta.
Se invece il circuito è lungo e l'impedenza supera il limite, occorre agire sui parametri del progetto: aumentare la sezione dei conduttori, accorciare il percorso o installare una protezione differenziale che assicuri la disconnessione anche quando la corrente di guasto è modesta. La scelta dipende dal vincolo più stringente tra costo, spazio e affidabilità.
Errori frequenti e conclusione
Tra gli errori più comuni c'è l'uso dei valori di impedenza a freddo, il dimenticare la parte di anello composta dal conduttore di protezione o il non considerare che, con un differenziale, il criterio di verifica cambia. Accade anche di confondere l'impedenza di anello con la sola resistenza di terra, che è soltanto una parte del percorso.
La verifica del tempo di disconnessione chiude il cerchio del progetto elettrico: sezione dei cavi, taratura delle protezioni e collegamento di terra concorrono allo stesso risultato, cioè la sicurezza delle persone in caso di guasto.
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Domande frequenti
Che cos'è l'impedenza di anello?
È l'impedenza totale del percorso della corrente di guasto verso terra: comprende la rete a monte, i conduttori di fase, il conduttore di protezione e i collegamenti di terra. Si esprime in ohm.
Quale tempo di disconnessione è richiesto?
In un sistema TN a 230 V, per i circuiti terminali fino a 32 A è di norma 0,4 s; per i circuiti di distribuzione fino a 5 s. Nei sistemi TT il riferimento è il dispositivo differenziale.
Come si verifica la protezione?
Si confronta l'impedenza di anello con il valore massimo ammesso dalla protezione, ricavato dalla corrente che ne garantisce l'intervento entro il tempo massimo previsto.
Basta il magnetotermico per garantire la sicurezza?
Non sempre. Se l'impedenza di anello è troppo alta, la corrente di guasto può non bastare a farlo intervenire: in questi casi si ricorre a un interruttore differenziale.