Interruttori "magnetotermici" e "differenzial

[GPaolo]

Nella home-page di questa sezione vengono introdotti questi due elementi. Forse non a tutti è chiaro il loro scopo e funzionamento. Provo a dare una spiegazione semplice così che tutti sapranno riconoscerli. Una premessa: un interruttore elettrico si dice che è CHIUSO (ON) quando la corrente può circolare nel circuito in cui è inserito. Si dice che è APERTO (OFF) quando nel circuito in cui è inserito non permette il passaggio di corrente, pertanto la logica è al contrario di una valvola idraulica che interrompe il fluido (FLUIDI sono i liquidi e gli aeriformi) quando è chiusa e lo lascia passare quando è aperta.
Nel contrattare con l'Enel la fornitura elettrica, si stabilisce la potenza in Chilowatt massimi da erogare; l'Enel, perciò, installa un contatore con un suo interruttore che automaticamente interrompe la corrente quando il valore supera quello concordato. Ad esempio, se la potenza installata è 3 kW, il magnetotermico del contatore interviene quando il valore della corrente raggiunge e supera, per un tempo non inferiore a qualche secondo, in modo da non staccarla in caso di carichi dovuti a spunti improvvisi (sono i sovraccarichi che si verificano quando si avvia un motore elettrico, che durano meno di qualche secondo), i 13,63A, valore ottenuto dividendo la Potenza Installata per la Tensione Fornita, in questo caso 3kW=3000W diviso 220V che da' come risultato appunto 13,63A. Se, pertanto, gli apparechi utlizzati in un determinato momento richiedono un assorbimento in corrente che supera tale valore, il contatore si stacca e vi lascia al buio. Se il contatore l'avete a portato di mano non è un grosso problema, semplicemente staccate qualche apparecchio utilizzatore di troppo (ad esempio la televisione, o il forno) e risollevate la levetta posta sotto il contatore stesso. Ma non tutti hanno il contatore a portata di mano; in alcuni condomini i contatori degli alloggi sono sistemati, allineati e coperti, in appositi spazi e protetti da armadi con ante trasparenti spesso chiuse a chiave. Sono questi i casi in cui si necessita di un ulteriore interruttore che agisca "prima" di quello dell'Enel evitandovi perdite di tempo (pensate se abitate al decimo piano di un condominio dove i contatori sono sistemati nello scantinato 35 metri sotto di voi!). Per questo motivo, all'interno di ogni alloggio vengono previsti interruttori di Massima Corrente Assorbita che intervengono anticipando l'apertura di quello dell'Enel. Si tratta appunto di questi particolari interruttori detti: magnetotermici. Vediamo come funzionano. Quando la corrente attraversa un conduttore non lo fa "a gratis" (come dicono i "piemontesi"), ma paga il biglietto a Joule e tale imposta è tanto maggiore quanto più grande è l'entità della corrente (si chiama Effetto Joule, anche se a voi importa poco saperlo); supponiamo ad esempio che la resistenza del conduttore sia di 2 Ohm e che la corrente che transita in un certo momento sia 5A, l'effetto Joule assume il valore di JE=R*I*I=2*5*5=50W. Tale Energia si trasforma tutta in calore secondo la formula sempre dello stesso Joule in misura di 4,18 cal/J, perciò il calore che si genera è pari a Q=50*4,18=209 calorie per secondo e, secondo dopo secondo, dopo 10 secondi si ha il calore corrispondente a 2090 calorie e dopo pochi minuti si raggiunge la temperatura di fusione del conduttore con relativo incendio.
Proprio per evitare incidenti di questo tipo si deve provvedere a dimensionare opportunamente i conduttori evitando di trovarsi in situazioni che possono diventare pericolose. Poiché ogni "metallo" ha un suo caratteristico "calore specifico" e, ancora, ogni metallo si dilata in proporzione a tale valore (Esperienza di Alessandro Volta), ne deriva che lamine di metalli diversi aventi la stessa lunghezza, quando vengano sottoposte ad un'unica fonte di riscaldamento, si dilatano in misura diversa. Se li si mette a stretto contatto, saldandole e vincolandole per gli estremi, si noterà che all'aumentare del calore con cui le si riscalda si incurvano e tale curva è tanto maggiore quanto maggiore è la differenza dei loro calori specifici. Tale incurvarsi produce una Forza capace di azionare un interrutore. Lamine di questo tipo da utilizzare all'interno di Interruttori che utilizzano questo fenomeno sono spesso composte da due strati uno in rame e l'altro in zinco. In questo caso, non viene sfruttata la Forza dovuta al curvarsi, ma l'incurvarsi produce un allontanamento da un punto fisso, il che equivale all'aprire un interruttore. (continuo dopo...)

[isex]

Ma non tutti hanno il contatore a portata di mano; in alcuni condomini i contatori degli alloggi sono sistemati, allineati e coperti, in appositi spazi e protetti da armadi con ante trasparenti spesso chiuse a chiave.

Cosa ne pensi di questo topic ? Stavo pensando di autocostruire un riattivatore telecomandato.

http://www.ilsitodelfaidate.it/FDTForum ... php?t=2862

[DesRos]

Ottima spiegazione GPaolo. Due considerazioni:
> hai spiegato il "termico" del termine magnetotermico. E il "magneto", da cosa deriva?

(si chiama Effetto Joule, anche se a voi importa poco saperlo);

> a me personalmente ogni informazione aggiuntiva interessa, sempre e comunque. Cosa ti fa pensare che certe cose non ci importino?

[GPaolo]

Ho letto il file .pdf; trovo strano che non abbiano previsto una protezione per il collo dell'interruttore del contatore. Il sistema così come è stato congegnato, infatti, fa capire che il cordino operi "strofinando" perché la camma lo tira su con l'altro estremo fissato al microinterruttore e, in questo modo, dopo un certo numero di attacchi, il cordino finisce per incidere se non "segare" le alette attorno a cui si muove. Problemi loro. Se il contatore non è molto lontano e se non abbandoni "mai" casa tua, tuttavia, preferirei costruire il telecomando (tele=lontano) in questo modo: applicare opportunamente (con una piastra sul contatore con metodo non distruttivo, un potente adesivo, oppure una fascia chiusa) un solenoide con levetta di aggancio all'interruttore del contatore comandato da una batteria sempre in carica da tenere in casa che posso comandare tramite un interruttore comodamente dall'abitazione. Funzionerebbe in questo modo: quando per qualche causa "nota" salta il contatore, prima rimedio alla causa e poi premo l'interruttore il quale, attraverso un doppino sistemato accuratamente lungo il percorso dalla casa al contatore e opportunamente protetto, attiva il solenoide il cui nucleo, collegato all'interruttore del contatore, lo riporta in posizione ON. Esistono in commercio solenoidi di questo tipo, ma in mancanza, puoi costruirlo con del filo recuperato da un vecchio trasformatore avvolgendolo su un tubicino di cartone all'interno del quale poni un cilindro di lunghezza pari alla metà del tubicino di cartone. Prova a misurare con qualche strumento (un dinamometro, anche questo puoi costruire utilizzando una molla cilindrica a spirale e misurando la sua estensione quando ci attacchi un chilogrammo - una bottiglia da un litro di acqua ad esempio - e misurare di quanto si è allungata. Misurando l'allungamento al momento dello scatto dell'interruttore potrai conoscere la forza necessaria...) la forza necessaria per alzare l'interruttore e poi avvolgerai tante spire in accordo alle formule: H=(n*i)/l, B=mu*H, F=Bli. Considera che il cilindro di ferro pieno che userai ha un "mu" (permeabilità magnetica realtiva) elevato, dell'ordine di 1000 o poco più, pertanto conoscendo la Forza F (devi trasformare i chilogrammi in newton, ma ti basta moltiplicarli per 9,81), risali al coefficiente di induzione necessario B dato che il tubicino dovrai sagomarlo devi darlo come se fosse fisso, ovvero costante (ad esempio NON PIU' LUNGO DI 7 cm). A questo punto hai due valori che devi conciliare 1) la corrente e 2) il campo magnetico. Tieni, poi, presente che le due "l" (elle) che compaiono nelle formule non sono le stesse; la prima è la lunghezza del tubicino di cartone, la seconda è la lunghezza "mediana" della spira. H, invece, è lo stesso e, come vedi, compare sia nella prima che nella seconda formula, perciò possiamo semplificare uguagliando (n*i)/l=B/mu. A questo punto sei vincolato dai parametri n (numero delle spire che dovrai avvolgere), i (la corrente che attraversa il solenoide e che è data dalla tensione della batteria diviso la resistenza del filo che avvolgerai) ed l (la lunghezza non del tubicino ma della matassa di filo avvolta sul tubicino). Dovrai fare qualche prova, ma penso che tu abbia abbastanza informazioni per poterci riuscire, se ti cimenterai.

[GPaolo]

(si chiama Effetto Joule, anche se a voi importa poco saperlo);

> a me personalmente ogni informazione aggiuntiva interessa, sempre e comunque. Cosa ti fa pensare che certe cose non ci importino?

E' un mio modo di intercalare le frasi, lo dico e lo scrivo forse senza rendermene conto. Probabilmente è perché ho un nipote a cui quando chiarisco qualche argomento, per suscitare la sua attenzione o per tenergliela sveglia, gli dico: "...va beh, ma tanto a te cosa t'importa?" e lui, punto nel suo orgoglio, mi lancia occhiatacce, ma poi si impegna e la cosa mi fa piacere. Per rispondere alla tua legittima domanda rispondo che il termine "magneto" deriva dalla presenza di un relay con ancorina tarabile; quando la corrente che attraversa l'avvolgimento del relay rimane nei limiti, il circuito è chiuso, appena supera il valore consentito e non dovesse, per qualche motivo intervenire il termico che abbiamo visto, si attiva questo secondo ramo (magnetico) ed interrompe il circuito. In pratica svolgono lo stesso compito.

[DesRos]

grazie ancora per la seconda spiegazione. Quindi si tratta di un sistema a doppia azione, studiato per garantire una maggiore sicurezza di intervento (se per un qualunque motivo il "magneto" non funziona, allora interviene il "termico" e viceversa)
E prometto di non lanciarti piu' "occhiatacce virtuali" quando leggero' quel tuo intercalare.

[rele]

Complimenti , molto interessante.

Mi permetto un consiglio "grafico"

Stacca ogni tanto la parte scritta, è più invitante alla lettura, ed è un peccato che qualcuno non lo legga attentamente.

[GPaolo]

Seconda Parte: Gli interruttori "Differenziali"

Avevo tralasciato questa parte che riprendo volentieri. In Elettrotecnica usiamo il termine "differenziale" in maniera impropria, dato che bisognerebbe aggiungere di quale tipo di differenziale si parla; infatti esiste più di un differenziale (quello meccanico usato nella trasmissione del moto, quello matematico di Barrow-Newton, quello statistico di Gauss, quello elettronico dell'Operatore che ha proprio questo nome, ecc..). Più precisamente possiamo dire che l'Elettrotecnica si è impossessata di un termine adattato, un oriundo, proveniente da altro campo, che descrive uno stato elettromagnetico temporaneo e che essendo entrato a far parte della terminologia contrassegna in modo non ambiguo un particolarissimo tipo di interruttore. Il discorso che qui facciamo per le tensioni continue, sotto l'aspetto logico, non cambia per quelle alternate, per cui non distinguo tra l'uno e l'altro. Dato un qualunque circuito composto da una sorgente, un utilizzatore ed un interruttore, si sa che, una volta chiuso l'interruttore, la corrente da un capo del generatore, attraverso il "carico" rientra al generatore dall'altro polo. Se mettessimo i due fili conduttori uno a fianco all'altro potremmo distinguere con delle frecce ad indicare il verso, che una è rivolta in un senso e l'altra in quello opposto. La corrente, cioè, ha, rispetto ai due conduttori, direzione opposta ma stessa intensità (Legge di Kirchoff, anche se a voi potrebbe non interessare). Proviamo ad immaginare adesso un conduttore avvolto a spire su un cilindro di cartoncino all'interno del quale può scorrere un nucleo ferro-magnetico e disponiamo questo nucleo in modo che sporga dal foro (eccentrico). Colleghiamo questo solenoide in serie con il carico e vediamo che accade. Appena chiudiamo l'interruttore la corrente passa nel solenoide e si genera un campo magnetico uniforme il cui valore H è massimo al centro del solenoide; sotto l'azione di questo campo il nucleo, immediatamente, viene attratto con una Forza F=Bli=mu*h*l*i=(mu*n*i/l)*l*i= mu*i^2* l1/l2, dove l1 è la lunghezza della spira mediana e l2 la lunghezza del solenoide - se l1=l2, essendo mu=costante, si ha che la Forza F è direttamente proporzionale al quadrato dell'intensità di corrente, proprio come l'esperienza conferma). A questo punto, immaginiamo di avere un altro solenoide uguale al primo e di disporlo sempre in serie, ma dall'altra parte del carico; se diamo tensione i due nuclei saranno immediatamente risucchiati dai solenoidi, ma noteremo che il movimento avviene in sensi opposti. Infatti, nella serie, i due solenoidi risultano polarizzati con segno opposto e, per questo motivo, ai capi dei solenoidi si formerà un Campo Magnetico a poli invertiti. Adesso immaginate di porre i solenoidi uno subito dopo l'altro (sempre però uno prima del carico e l'altro dopo). Che accade? Dando tensione ognuno tenterà di risucchiare il nucleo, ma, essendo uguale ed opposta la forza generata, il nucleo non si muove di un centesimo di millimetro. Immaginate, adesso di porre una resistenza R di basso valore (un cortocircuito?) tra uno dei due rami e la massa (la terra); la corrente uscente non è più uguale a quella rientrante, l'equilibrio si rompe e uno dei due solenoidi riesce ad attrarre il nucleo. Il gioco è fatto. Interruttori di questo tipo vengono chiamati anche "Salvavite" perché se una parte del corpo umano inavvertitamente viene in contatto con un conduttore sotto tensione, scarica a terra parte della corrente rompendo l'equilibrio e attivando "differenzialmente" l'interruttore che apre immediatamente il circuito interrompendo la corrente.

[rele]

Il nome "Salvavita"

era proprio del primo differenziale della BTicino,

ormai il termine viene erroneamente usato nel linguaggio comune.

La vita diciamo, viene "salvata" sicuramente se nell'impianto è presente un impianto di messa a terra efficiente.

Se non esiste impianto di messa a terra, sarà il contatto dello sfortunata persona con masse in tensione a far scattare il differenziale.

Va detto che se per caso uno tocca fase e neutro il differenziale non scatta.

Per inciso la tensione fornita dall'Enel è nominalmente 230 V in monofase

e non più 220 V

[allex]

Azz...un trattato degno di un convegno.
Meno male che non è da copiare sul pc.

[Capitan Farloc]

...ho un nipote a cui quando chiarisco qualche argomento, per suscitare la sua attenzione o per tenergliela sveglia, gli dico: "...va beh, ma tanto a te cosa t'importa?" e lui, punto nel suo orgoglio, mi lancia occhiatacce, ma poi si impegna e la cosa mi fa piacere...

Hai fatto bene a spiegarcelo...
Credo che le stesse occhiatacce (virtuali però) te le stavamo lanciando anche noi
Ma ritengo che sei riuscito a suscitare lo stesso interesse anche a noi che (almeno per quanto mi riguarda) non siamo più "ragazzini"
Grazie