Premessa

L' idea di scrivere un articolo a riguardo, mi e` venuta oggi, leggendo questa discussione.

Origini storiche

Quella relativa al distacco dell'interruttore del contatore di energia e` una domanda che si presenta sul forum con una certa frequenza.
Possiamo dire che suddetta frequenza e` direttamente proporzionale alla sostituzione dei vecchi contatori elettromeccanici ormai dismessi, con i più recenti elettronici a display lcd.

Contatore elettromeccanico	Contatore elettronico

Contatore elettromeccanico

Tralasciando di trattare il sistema di misura della potenza attiva (e di riflesso dell' energia) tra i due diversi apparecchi, il punto saliente e` dato dalla "logica" di distacco (sgancio) dell' attuatore, ovvero dell' interruttore/sezionatore.

Nei vecchi contatori elettromeccanici, la regolazione dello sganciatore era di tipo termico/amperometrico, avveniva cioè sull' immagine termica di una data corrente (effetto Joule). In soldoni, il limitatore del contatore elettromeccanico, altro non era che un interruttore magneto termico.

Va ricordato che uno sganciatore termico (anche detto a tempo inverso) e` soggetto ad una sorta di isteresi di funzionamento, ossia, esso non interviene istantaneamente al valore nominale di regolazione, ma e` contraddistinto da una funzione tempo/corrente applicata, dipendente anche dalla temperatura esterna.

Semplificando al massimo, in relazione al valore di corrente nominale dei vecchi interruttori elettromeccanici, in funzione della potenza contrattualmente impegnata, era possibile usufruire di un esubero di potenza, limitato solo dalla "curva termica" dell' interruttore.
Se poi la corrente nominale dell' interruttore a bordo del contatore di energia era paragonabile (uguale) a quella dell' interruttore dell' utente, questi se la giocavano a chi interveniva per primo in caso di sovraccarico.

Contatore elettronico

Il contatore elettronico, a differenza del suo predecessore, misura la potenza assorbita istantaneamente e attraverso un algoritmo di calcolo implementato nelle funzioni del microprocessore di cui dispone, determina quando comandare lo sgancio meccanico.
In molti si saranno accorti, che la stragrande maggioranza dei contatori elettronici, su contratti monofase da 3, 4,5 e 6 kW, monta un magnetotermico da 63 A, in curva C o D.
Risulta evidente, che tale "termico" non interverra' mai per sovraccarico! Sarà sempre più veloce la logica installata che determina le possibilità di prelievo per l'utenza.
Il software di gestione, non farà altro che abilitare l'energizzazione di una bobina di sgancio associata all' interruttore di manovra del contatore.

Le tolleranze sul contratto da 3 kW

Quella dei 3 kW, e` probabilmente la potenza impegnata più comune in ambito residenziale, almeno nel nostro paese.
E` risaputo dai più, che nonostante si parli di 3 kW, la potenza nominale disponibile illimitatamente e` stata portata a 3,3 kW (10% oltre il nominale, anche sui contratti da 4,5 e 6 kW).

Ma cosa succede oltre i 3,3 kW di potenza assorbita?

Succede che parte un "periodo di controllo" con aggiornamenti ai minuti 2, 92 e 182.
Questo periodo viene interrotto solo se la potenza assorbita supera i 4 kW. In questo caso, il contatore attiva lo sganciatore entro 4 minuti.
Al minuto 2 (con prelievo compreso tra i 3,3 e i 4 kW) sul display del contatore viene visualizzato il messaggio: "RIDURRE CARICO SUPERO POTENZA PER PIÙ DEL XX%".
Se al termine dei primi 90 minuti la potenza assorbita si trova ancora nell' intervallo compreso tra i 3,3 e i 4 kW, parte un altro "count down" di altri 90 minuti. Sul display al minuto 92 appare il messaggio "RISCHIO DISTACCO SUPERO POTENZA PER PIÙ DEL XX%".
Se il prelievo e` invece rientrato al di sotto dei 3,3 kW, il "periodo di controllo" viene azzerato. Questo conteggio, come il precedente, viene interrotto entro 4 minuti, in caso la potenza assorbita superi i 4 kW, con sgancio del contatore.
Se al minuto 182, la potenza assorbita e` ancora compresa tra i 3,3 e i 4 kW, avviene il distacco. Sul display viene visualizzato il messaggio "DISTACCO IMPOSTO SUPERO POTENZA PER PIÙ DEL XX%”.
Questo messaggio, scompare entro i successivi 90 minuti (dopo la riattivazione del gruppo di misura), a patto che non si perseveri con il superamento della potenza disponibile.

Riepilogando, con contratto da 3,3 kW e` possibile assorbire una potenza compresa tra 3,3 e 4 kW per un massimo di tre ore. Al superamento dei 4 kW, il contatore stacca entro quattro minuti.

E allora?

Qualcuno dirà, "Bene, ma perchè non si può fare in modo che a scattare per primo sia l' interruttore del quadro di casa?"

Prima di entrare nel merito del perché, e` bene fare qualche piccola considerazione.

Gli interruttori automatici (magneto termici), posti a protezione delle linee elettriche hanno come scopo prioritario quello di salvaguardare le stesse dagli effetti delle sovracorrenti (sovraccarichi e corto circuiti).
Un interruttore magneto termico non e` un microprocessore, non può essere programmato per fare fronte a tutte le esigenze dell' utilizzatore. E` solo un componente elettromeccanico, anche molto economico (almeno per le taglie comunemente impiegate nel residenziale) e deve assolvere a delle funzionalità molto basilari, entro certe tolleranze (neanche tanto piccole, ma comunque normate), ma comunque fondamentali per la sicurezza dell' impianto elettrico.

Quella di sganciare prima del contatore, per esubero di potenza attiva prelevata, non e` una caratteristica richiesta ad un interruttore automatico.

"Sì, ok. Ma perché il mio magneto termico da 16 A non scatta prima del contatore?" In effetti, la cosa non dovrebbe essere impossibile. Qualcuno infatti, utilizzando la formula della potenza monofase, abbozza una relazione del genere:

Primo errore: manca il cos φ (fattore di potenza), angolo di sfasamento tra tensione e corrente, per farla breve e` un valore sempre compreso tra 0 e 1, dove 1 indica utilizzatori con caratteristiche esclusivamente resistive, mentre i valori inferiori implicano la presenza di carichi induttivi (che necessitano di correnti magnetizzanti, come ad esempio motori, trasformatori, lampade elettroniche, ecc..)
La formula precedente diventa quindi:

In sostanza, quel valore appena ipotizzato, in assenza di dati realistici, ma considerando i carichi comunemente presenti in un impianto domestico, va moltiplicato per un fattore indicativo di 0,9.
Così facendo abbiamo già un valore di circa 3,3 kW, perfetto! Più il cos φ e` basso, più il magneto termico ha possibilità di anticipare il contatore, poiché a parità di potenza attiva prelevata, la corrente assorbita risulta essere maggiore.
Ma il cos φ e` un valore caratteristico dei carichi che colleghiamo all'impianto elettrico e (fortunatamente) difficilmente in un abitazione si possono reggistrare cos φ inferiori a 0,8 (anche se le lampade elettroniche non scherzano! Però parliamo di qualche decimo di ampere).

Secondo errore: Ci siamo dimenticati che gli interruttori termici, non intervengono al superamento del valore nominale di targa.
Come accennato in precedenza, lo sganciatore termico e` uno sganciatore di tipo bimetallico a tempo inverso. Il surriscaldamento (effetto Joule) di una delle due lamelle accoppiate, provoca una deformazione del metallo più sensibile fin quando tale deformazione provoca l'intervento della meccanica di sgancio dei contatti.
[Qui, un articolo che illustra il funzionamento di un magneto termico differenziale].

La norma CEI EN 60898-1 (CEI 23-3), tra le altre cose, pone le condizioni di funzionamento degli interruttori magneto termici per il settore residenziale.
Soffermandoci volontariamente solo sulle caratteristiche dello sgancio termico, in relazione alla corrente nominale del dispositivo, viene definito il valore della corrente convenzionale di non intervento (I_nf) e quello della corrente convenzionale di intervento (I_f).
In realtà, i pedici nf e f sono stati ormai sostituiti da nt e t dove la "t" sta per tripping (intervento).

Per gli interruttori rispondenti alla suddetta norma, e quindi anche per quelli ad uso residenziale non regolabili, una tabella, riepiloga i valori di (I_nf) e di (I_f).

In interruttore	Inf	If	Tempo convenzionale
	1,13 In	1,45 In	1 h
	1,13 In	1,45 In	2 h

Un interruttore rispondente alla CEI EN 60898-1, non deve quindi intervenire entro il tempo convenzionale (in condizioni prefissate) con una corrente di sovraccarico del 13%. Lo stesso interruttore deve invece intervenire entro il tempo convenzionale (in condizioni prefissate) con una corrente di sovraccarico del 45%.

E` deduttivo, che non e` determinabile sapere aprioristicamente cosa succeda nelle condizioni intermedie, comprese tra I_nf ed I_f. Basti pensare che l' interruttore può o meno intervenire.

Svelato il mistero

Tornando al nostro interruttore generale del quadro, avente , possiamo adesso fare tre considerazioni abbastanza realistiche:

1) Il nostro interruttore, non interverrà entro un ora, con una corrente di 18,1 A, che a cos φ = 0.9, consentono una potenza attiva assorbita di circa 3,75 kW.
Nessuno può dirci cosa succede nelle successive due ore. L' interruttore potrebbe starsene tranquillamente agganciato, mentre, come abbiamo visto, il contatore imporrebbe il distacco per programmazione.

2) Condizione ancora più comune per cui il più delle volte si ha l'intervento istantaneo del contatore.
Considerando la corrente convenzionale di intervento, il nostro interruttore da 16 A, dovrà intervenire entro un' ora con una corrente di circa 23,2 A. Questo vorrebbe dire che ipoteticamente (nella realtà lo sgancio avviene probabilmente dopo qualche minuto), il magneto termico ci consentirebbe, a parità di condizioni di tensione e cos φ precedentemente ipotizzate, di prelevare una potenza di ben 4,8 kW... niente male no?

3) Tuttavia, senza arrivare al precedente punto, c'e` tutto il campo di valori intermedi, compresi tra I<sub>nf</sub> ed I<sub>f</sub>, che superino il valore di potenza di 4 kW e per i quali l' interruttore da 16 A, non si sa bene cosa faccia e quando lo faccia.
L' unica certezza e` data dal limitatore elettronico del contatore: 4 minuti.

Come ovviare al problema?

Per sopperire alle noiose passeggiate dedicate al riarmo dell' interruttore del contatore, magari posto all' esterno della villetta, magari durante una forte pioggia, esistono tuttavia alcuni escamotage più o meno professionali, più o meno validi, più o meno costosi. Vediamone qualcuno.

Pin-Up

Ricalca il funzionamento degli argani. E` un dispositivo meccanico di riarmo con una logica abbastanza spartana che evita tuttavia la richiusura dell' interruttore dopo il secondo tentativo di riarmo fallito.
E' una scatoletta che si fissa sul misuratore di energia, attraverso delle strisce di nastro biadesivo. Una cordicella viene collegata alla levetta dell' interruttore e il gioco e` fatto.
Il dispositivo funziona con una batteria da 9 volt ed entra in funzione con una temporizzazione di circa 15 secondi dall' avvenuto sgancio.

Pin-Up

E` un dispositivo abbastanza discutibile, non solo a detta individuale, ma come scritto da 6367 nella discussione riportata all' inizio dell' articolo, anche dalla stessa società distributrice.

Interruttore magneto termico da 13 A

E` figlio del ragionamento precedentemente fatto, riguardo alla corrente convenzionale di intervento e di non intervento.
Quella da 13 A, e` la taglia commerciale subito prima del 16 A. L' intento e` quello di facilitare l' intervento del termico. C'e` chi propone questa soluzione con un magneto termico da 10 A. In quest' ultimo caso, e` quasi certo l' intervento del magneto termico prima del contatore elettronico.
Tuttavia, in entrambi i casi ci sono due aspetti negativi abbastanza rilevanti. Il primo e` che lo sganciatore termico si troverà a lavorare spesso in condizioni di sovraccarico permanente (cosa obbiettivamente non consigliabile).
Il secondo aspetto, più fastidioso per l' utente, e` che con tutta probabilità, anzi diciamo pure certamente, non si riuscirà a fruire del surplus di potenza prevista dal contatore elettronico. In sostanza ci si autolimiterà (l' interruttore del quadro scatterà) ad assorbimenti discretamente inferiori rispetto a quanto possibile. Soluzione non molto conveniente (almeno con l' interruttore da 10 A).

Dispositivo gestione carichi

I relè per la gestione dei carichi non prioritari, sono già un sistema più serio. Si tratta di dispositivi in grado di misurare, attraverso opportuni TA la potenza istantanea richiesta dai carichi.
Lo strumento e` regolabile in soglie di preallarme (spia lampeggiante e/o cicalino) e in soglie di intervento, che consistono nella commutazione del contatto di un relè.
Al contatto del relè di gestione carichi, si può collegare uno o più carichi non prioritari (conformemente alle caratteristiche tecniche del contatto stesso) interponendo eventualmente dei relè/contattori di manovra, cui il dispositivo si limiterà ad energizzarne le bobine.
Al superamento di una potenza preimpostata (e regolabile) dall' utente tramite appositi trimmer, l' apparecchio avviserà prima dell' imminente distacco dei carichi scelti dall' utente stesso come "non prioritari" e successivamente li disconnetterà dalla linea di alimentazione.
Se correttamente configurato, ciò impedirà l' intervento del contatore. Il dispositivo di gestione carichi, riattiverà successivamente (quando la potenza rientrerà al di sotto del valore di soglia impostato) le condizioni di normalità, ipotizzando che nel frattempo l' utente abbia provveduto a disalimentare i carichi in eccesso.
Anche questo sistema ha però dei limiti, uno tra tutti e` dato dalla necessità di mettere mano all' impianto elettrico, dovendo realizzare una o più linee dedicate all' alimentazione dei carichi "sacrificabili" (condizionatori, scaldabagno, ecc..).

Beep

Cultura energetica

E` il dispositivo che utilizzo attualmente, e` a costo zero e da quando lo uso ed ho insegnato ad usarlo anche a mia moglie, ho dimenticato perfino dove sia il contatore.
La chiamo regola del 2 e consiste nel non utilizzare contemporaneamente più di due elettrodomestici energivori (ferro da stiro, phon, lavatrice, aspirapolvere, condizionatore, eventuale scaldabagno e forno elettrico).