Interruttore
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L'interruttore è un dispositivo elettrico in grado di interrompere un circuito elettrico.
Quando l'interruttore è configurato in modo da consentire il passaggio di corrente si definisce chiuso, quando invece il passaggio è interdetto si definisce aperto (è l'opposto della terminologia usata in idraulica).
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[modifica] Introduzione
Esiste una varietà immensa di interruttori. Nella forma più elementare l'interruttore è costituito da due contatti metallici che possono essere mossi per entrare in contatto o separati. Dispositivi più complessi possono agire contemporaneamente su più circuiti, per esempio per interrompere contemporaneamente le tre linee nel sistema trifase. Ogni contatto di un circuito separato è chiamato polo. Alcuni interruttori hanno una configurazione complessa di contatti, in cui per esempio quando un contatto viene aperto la linea corrispondente è collegata ad un altro circuito. In questo caso si ha un deviatore. Esistono interruttori, detti commutatori, in cui una linea può essere collegata a più di una uscita in alternativa. In altri modelli il ritorno alla posizione precedente dopo l'intervento dell'operatore viene effettuata da una molla e si ha un pulsante. In genere i punti di contatto sono rivestiti con metalli nobili quali il platino, allo scopo di proteggerli dall'ossidazione che potrebbe dare origine a giunzioni inaffidabili e pericolosi surriscaldamenti.
Il sezionatore è un particolare interruttore progettato per manovrare solamente in condizioni circuitali di regime, non in presenza di sovracorrente dovuta a guasti o sovraccarichi.
Ogni interruttore è caratterizzato dalle seguenti proprietà:
- Tensione nominale: è la massima tensione sopportabile tra i contatti in posizione aperta. È determinata anche in base all'isolamento del dispositivo rispetto all'ambiente esterno.
- Corrente massima nominale: è la massima intensità di corrente elettrica che può attraversare l'interruttore senza danneggiarlo in seguito al surriscaldamento prodotto per effetto Joule.
- Potere di interruzione: è la corrente massima che il dispositivo è in grado di interrompere. Per correnti superiori i contatti potrebbero non essere in grado di aprirsi.
- Grado di protezione IP: indica il livello di protezione verso il contatto con oggetti o col corpo umano e contro l'acqua.
Da un punto di vista costruttivo un interruttore è estremamente diverso a seconda che debba operare a bassa, media o alta tensione, e anche in funzione della corrente nominale gestita. Si passa dai piccolissimi interruttori presenti all'interno di dispositivi elettronici, fino ai mastodontici sezionatori delle cabine elettriche di alta tensione.
Per gli apparecchi destinati all'impiantistica in bassa tensione si usa una classificazione in base alla configurazione dei contatti:
- Interruttore semplice unipolare: è l'interruttore usato per i punti luce, esso infatti chiude solamente il polo fase
- Interruttore deviatore: è un unipolare che consente di comandare in due parti di una stanza un punto luce
- Interruttore invertitore: consente come al deviatore di comandare in più parti di una stanza un punto luce invertendo il segnale
- Interruttore bipolare: interrompe sia la fase che il neutro;
[modifica] Lo spegnimento d'arco
All'apertura di un contatto e fino al raggiungimento di una certa distanza tra le parti, esiste un periodo in cui il campo elettrico presente può superare il valore di rigidità dielettrica dell'aria o comunque del mezzo in cui i contatti sono immersi. In questo momento si può innescare un arco voltaico che si può mantenere anche ad un successivo aumento della distanza tra i contatti.
Nel momento in cui un circuito con presente un carico induttivo viene aperto, per effetto dell'autoinduzione si genera ai capi dell'interruttore una tensione superiore a quella di esercizio (sovratensione).
Per effetto dell'arco il flusso di corrente non viene interrotto, venendo a mancare lo scopo dell'interruttore, ma soprattutto la temperatura del plasma causa il danneggiamento del dispositivo. Per questo motivo è importante provvedere ad una quanto più rapida possibile estinzione dell'arco.
Le tecniche impiegate per estinguere l'arco sono principalmente le seguenti:
[modifica] Estinzione in aria
In interruttori con formazione di archi modesti l'estinzione si ottiene con un rapidissimo allungamento dell'arco in normale aria atmosferica. La forma dei contatti può essere configurata per sfruttare le forze elettrodinamiche prodotte dalla corrente per accelerare la separazione.
In alcuni modelli si impiegano delle camere di estinzione oppure baffi divergenti dai due contatti, in cui l'arco viene trasferito dopo l'innesco, spinto dal calore generato dal plasma verso le parti più larghe e quindi stirato fino ad esaurimento.
[modifica] Soffiatura pneumatica
Lo spazio compreso fra i contatti viene investito da un potente getto di aria che soffia via gli ioni dell'arco. La pressione può essere fornita da un pistone azionato da una molla, precaricata dal movimento della leva di chiusura dell'interruttore.
[modifica] Soffiatura magnetica
La zona di contatto è sottoposta ad un forte campo magnetico che per effetto della forza di Lorentz devia gli ioni dalla loro traiettoria nell'arco. Il campo viene spesso prodotto da un solenoide che può essere percorso dalla stessa corrente da interrompere.
[modifica] Immersione in liquido dielettrico
I contatti vengono immersi in un liquido isolante che presenta una rigidità dielettrica elevata, ed ha l'effetto di raffreddare rapidamente il plasma per conduzione e convezione. Viene impiegato olio minerale oppure esafluoruro di zolfo (SF6). Quest'ultimo ha la proprietà, se scaldato ad alta temperatura, di decomporsi in zolfo e fluoro, che cattura gli elettroni dell'arco.
[modifica] Interruttori speciali
[modifica] A rottura forzata
Se la chiusura di un interruttore avviene in condizione di circuito guasto (in cortocircuito) o sovraccarico, è possibile che, a causa della intensa corrente circolante prima che il contatto sia perfettamente stabilito, le due parti si "incollino". Nel momento in cui si debba aprire il circuito la saldatura rappresenta un ostacolo. A volte la normale forza di separazione dei contatti può essere sufficiente a rompere la saldatura, altre volte no.
Dove l'affidabilità di apertura di un circuito sia di importanza inderogabile, si usano degli accorgimenti costruttivi studiati per assicurare la rottura di eventuali saldature, evidenziando nel contempo il problema. In genere si utilizza una parte mobile (bilanciere) alle cui estremità siano presenti due distinti contatti, verso le due estremità della linea. I contatti sono tenuti chiusi da una molla. Nella manovra di apertura un albero eccentrico solleva il bilanciere da un punto non centrato rispetto al bilanciere stesso, in modo che l'apertura agisca solamente sul contatto più vicino. L'altro contatto opera come un semplice fulcro. Se il primo contatto è incollato si solleverà il secondo, facendo cardine sul primo. La torsione agisce rompendo la saldatura e ripristinando la situazione normale.
[modifica] Di sicurezza
Gli interruttori di sicurezza sono usati per prevenire situazioni di pericolo su circuiti e macchinari. Per esempio nei vani corsa degli ascensori sono presenti interruttori di sicurezza, detti di fine corsa per bloccare il motore in caso di emergenza. Nei macchinari industriali devono essere presenti interruttori che fermino immediatamente i motori se viene aperto o smontato un elemento che possa essere causa di infortuni. È evidente che questi dispositivi devono avere una affidabilità elevata e costante nel tempo.
[modifica] Automatici
In questi interruttori la manovra è eseguita automaticamente in base al verificarsi di determinati eventi predefiniti. Normalmente l'intervento automatico opera in una sola direzione, per esempio l'apertura del contatto, mentre l'operazione opposta (ripristino) viene compiuta manualmente da un operatore. Sono esempi di questa categoria l'interruttore magnetotermico e l'interruttore differenziale. Nei sezionatori automatici degli elettrodotti il ripristino viene effettuato trascorso un tempo prefissato dall'apertura.
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