Componenti principali di un quadro elettrico: quali sono e a cosa servono

Scopri quali sono i principali componenti di un quadro elettrico, dalla protezione magnetotermica al differenziale, dagli SPD alle morsettiere.

Il quadro elettrico è il punto centrale nel quale l’energia viene distribuita verso i diversi circuiti di un edificio o di un impianto. Al suo interno vengono installati dispositivi che permettono di sezionare l’alimentazione, proteggere le linee e intervenire quando si verificano sovraccarichi, cortocircuiti o dispersioni verso terra.

Non tutti i quadri contengono gli stessi componenti. La configurazione cambia in base alla potenza dell’impianto, al numero di circuiti, alla tipologia di utenze e alla presenza di sistemi come fotovoltaico, accumulo o ricarica dei veicoli elettrici.

La CEI 64-8, principale riferimento italiano per gli impianti elettrici in bassa tensione, dedica specifiche prescrizioni alla protezione contro lo shock elettrico, alle sovracorrenti, alle sovratensioni e ai dispositivi di sezionamento. La nona edizione ha aggiornato diversi requisiti relativi alla scelta e all’installazione delle apparecchiature. (CEI Magazine)

L’involucro: la struttura che contiene il quadro

La prima parte visibile è l’involucro, cioè il contenitore nel quale vengono montati interruttori, morsettiere e altri dispositivi.

Può essere realizzato in materiale plastico o metallico e deve avere dimensioni sufficienti per ospitare correttamente tutti i componenti, mantenendo spazio per collegamenti e manutenzione.

All’interno vengono generalmente utilizzate guide DIN, sulle quali si agganciano i dispositivi modulari. Nei quadri più complessi possono essere presenti più file, barre di distribuzione e spazi separati per circuiti di potenza e controllo.

Il grado di protezione IP deve essere scelto in funzione dell’ambiente. Un quadro installato all’interno di un’abitazione ha esigenze differenti rispetto a uno collocato in un locale tecnico umido o all’esterno.

La serie CEI EN IEC 61439 definisce requisiti di costruzione, prestazione e verifica per i quadri elettrici di bassa tensione, considerando l’assieme completo e non soltanto i singoli dispositivi installati. (CEI MyNorma)

Interruttore generale

L’interruttore generale permette di togliere alimentazione all’intero impianto o alla parte servita dal quadro.

La sua funzione principale è consentire il sezionamento, ad esempio durante manutenzione, emergenza o interventi sull’impianto.

Non bisogna confonderlo automaticamente con un dispositivo di protezione. A seconda della configurazione, l’interruttore generale può essere un semplice sezionatore oppure integrare funzioni magnetotermiche o differenziali.

La CEI 64-8 dedica specifiche prescrizioni ai dispositivi utilizzati per sezionamento e comando, con l’obiettivo di garantire la sicurezza di persone e impianti durante le operazioni di interruzione dell’alimentazione. (CEI Magazine)

Interruttore magnetotermico

Il magnetotermico protegge principalmente i cavi e i circuiti da due condizioni: sovraccarico e cortocircuito.

La parte termica interviene quando una corrente superiore a quella prevista permane abbastanza a lungo da poter provocare un surriscaldamento dei conduttori.

La parte magnetica reagisce invece molto rapidamente quando si verifica un cortocircuito, caratterizzato da correnti molto elevate.

Per questo nel quadro possono essere presenti diversi magnetotermici, ciascuno dedicato a una specifica linea: illuminazione, prese, climatizzazione, cucina o altre utenze.

Il valore nominale dell’interruttore non deve essere scelto semplicemente in base alla potenza dell’apparecchio collegato. Deve essere coordinato con sezione dei cavi, corrente prevista e caratteristiche del circuito. Schneider Electric identifica gli MCB come dispositivi destinati alla protezione dei circuiti contro sovracorrenti e cortocircuiti. (Schneider Electric)

Interruttore differenziale

L’interruttore differenziale, comunemente chiamato salvavita, svolge una funzione differente dal magnetotermico.

Il dispositivo confronta la corrente che entra nel circuito con quella che ritorna. Quando rileva uno squilibrio superiore alla soglia prevista, può indicare che una parte della corrente sta disperdendosi verso terra e interviene aprendo il circuito.

Gli RCD contribuiscono alla protezione contro i rischi derivanti dalle correnti di dispersione e dai guasti verso terra. ABB distingue diversi tipi di differenziali destinati ad applicazioni residenziali, commerciali e industriali. (ABB Group)

La scelta non riguarda soltanto la corrente nominale e la sensibilità. Esistono infatti differenti tipi di differenziale, progettati per riconoscere forme diverse di corrente residua. La configurazione corretta dipende dalle apparecchiature presenti, soprattutto quando vengono utilizzati inverter, sistemi elettronici e azionamenti.

Magnetotermico differenziale

In molti quadri viene utilizzato il magnetotermico differenziale, conosciuto anche come RCBO.

Questo dispositivo combina in un unico modulo:

protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti;
protezione differenziale contro le dispersioni verso terra.

ABB descrive gli RCBO proprio come dispositivi che uniscono la protezione tipica degli RCCB contro le correnti di dispersione con quella degli MCB contro le sovracorrenti. (ABB Group)

Utilizzare magnetotermici differenziali separati per più circuiti può inoltre limitare l’estensione di un eventuale guasto. Se un problema interessa una singola linea, non è necessariamente necessario interrompere anche tutte le altre utenze.

La configurazione deve però essere definita in fase di progetto, valutando selettività e coordinamento delle protezioni.

SPD: protezione contro le sovratensioni

Lo SPD, Surge Protective Device, è lo scaricatore utilizzato per limitare le sovratensioni transitorie.

Questi fenomeni possono essere causati da eventi atmosferici oppure da manovre e disturbi della rete. Una sovratensione può raggiungere apparecchi elettronici, alimentatori e sistemi di controllo, provocandone il deterioramento o il guasto.

Gli SPD trasferiscono verso il sistema di terra l’energia associata alla sovratensione, limitando il livello che raggiunge le apparecchiature. ABB e Schneider Electric indicano questi dispositivi come elementi specifici per la protezione degli impianti dalle sovratensioni transitorie. (ABB Search)

Esistono SPD di Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3, utilizzati in posizioni e condizioni differenti. Non è quindi corretto scegliere uno scaricatore soltanto in base alla tensione nominale.

La CEI 64-8 contiene prescrizioni specifiche anche per il collegamento degli SPD e per il coordinamento con i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti. (CEI Magazine)

Barre di neutro e di terra

All’interno del quadro si trovano normalmente anche le barre di neutro e di protezione, utilizzate per organizzare i collegamenti dei diversi circuiti.

La barra di terra raccoglie i conduttori di protezione, normalmente identificati dal colore giallo-verde, che collegano le masse dell’impianto al sistema di terra.

La barra di neutro distribuisce invece il conduttore neutro alle diverse linee.

La separazione e il collegamento di questi elementi dipendono dal sistema di distribuzione utilizzato. Non devono essere modificati arbitrariamente, perché un collegamento errato può interferire anche con il corretto funzionamento delle protezioni differenziali.

Morsettiere e sistemi di distribuzione

Le morsettiere permettono di organizzare l’ingresso e l’uscita dei conduttori dal quadro.

Nei sistemi con numerosi circuiti vengono utilizzate anche barre o pettini di distribuzione per alimentare più dispositivi modulari in modo ordinato.

Questi componenti devono essere dimensionati in base alla corrente prevista e alla sezione dei conduttori. Collegamenti allentati o morsetti non adatti possono aumentare la resistenza elettrica e provocare surriscaldamenti.

Un quadro ben organizzato facilita inoltre manutenzione, ricerca dei guasti e modifiche future.

Contattori, relè e temporizzatori

Non tutti i dispositivi presenti in un quadro hanno una funzione di protezione.

I contattori vengono utilizzati per comandare carichi elettrici attraverso un circuito di controllo. Possono essere impiegati per illuminazione, pompe, climatizzazione o altri apparecchi che devono essere attivati automaticamente.

Relè e temporizzatori permettono invece di realizzare logiche come accensioni programmate, controllo di apparecchi e gestione di differenti condizioni operative.

Nei quadri più evoluti questi dispositivi possono essere collegati a sistemi di automazione e supervisione, permettendo il monitoraggio remoto dei circuiti.

Meter e strumenti di misura

Un quadro può contenere anche strumenti dedicati alla misurazione dell’energia.

Un meter può rilevare tensione, corrente, potenza e consumi, permettendo di capire come viene utilizzata l’elettricità nelle diverse zone dell’impianto.

Questa funzione diventa particolarmente importante nei sistemi fotovoltaici. Il meter permette all’inverter di distinguere tra energia prelevata e immessa e può contribuire alla gestione dell’autoconsumo o delle funzioni zero export.

I sistemi di misura non sostituiscono però i dispositivi di protezione: monitoraggio e sicurezza svolgono funzioni differenti.

Cosa cambia in un quadro fotovoltaico

Un quadro elettrico fotovoltaico deve gestire sia la corrente continua prodotta dai pannelli sia la corrente alternata presente tra inverter e rete.

Per questo possono essere presenti due sezioni distinte:

lato DC, tra moduli e inverter;

lato AC, tra inverter e impianto elettrico.

Sul lato DC possono essere utilizzati sezionatori, protezioni contro le sovracorrenti e SPD progettati specificamente per corrente continua. Il lato AC integra invece protezioni coerenti con la rete e con l’inverter.

Un esempio è il quadro combinato AC/DC monofase LED Italia da 5 kW, che integra un sezionatore e SPD sul lato DC e un magnetotermico differenziale con SPD sul lato AC, all’interno di un involucro IP65. (V-TAC Italia)

La presenza di componenti già assemblati non significa però che qualsiasi quadro possa essere collegato a qualsiasi impianto. Tensione delle stringhe, corrente, numero di MPPT e potenza dell’inverter devono essere compatibili con le caratteristiche nominali del quadro.

Nella categoria dedicata ai quadri elettrici fotovoltaici di LED Italia sono disponibili configurazioni differenti per impianti monofase, trifase e diverse potenze. (V-TAC Italia)

Come vengono scelti i componenti

La composizione del quadro non dovrebbe essere decisa semplicemente aggiungendo un interruttore per ciascuna utenza.

Il progetto deve considerare contemporaneamente:

corrente assorbita dai circuiti;
sezione e modalità di posa dei conduttori;
corrente di cortocircuito prevista;
caratteristiche del sistema di terra;
selettività tra le protezioni;
condizioni ambientali;
eventuali inverter e apparecchi elettronici;
possibilità di ampliamento futuro.

Un magnetotermico con corrente nominale superiore non rende automaticamente un circuito più robusto. Se il cavo non è dimensionato per quella corrente, aumentare la taglia dell’interruttore può ridurre la protezione della linea.

Allo stesso modo, aggiungere un differenziale o uno SPD senza verificarne tipologia e coordinamento può non produrre la protezione prevista.

Gli errori più comuni

Tra gli errori da evitare nella configurazione di un quadro elettrico rientrano il sovraffollamento dell’involucro, la mancanza di spazio per futuri ampliamenti e l’utilizzo di dispositivi non coordinati tra loro.

Un altro errore frequente consiste nel confondere le funzioni. Il magnetotermico non sostituisce il differenziale, mentre lo SPD non protegge dai sovraccarichi.

Anche la posizione dei dispositivi è importante. Le protezioni devono essere installate secondo lo schema elettrico e le istruzioni dei produttori.

Infine, modificare autonomamente un quadro esistente può comportare rischi elevati. L’assenza di tensione deve essere verificata correttamente e gli interventi sull’impianto devono essere eseguiti da personale qualificato secondo le prescrizioni applicabili.

Un sistema di protezioni che deve funzionare insieme

Il quadro elettrico non è semplicemente un contenitore di interruttori. È un sistema nel quale distribuzione, sezionamento e protezione devono lavorare in modo coordinato.

Il magnetotermico protegge dalle sovracorrenti, il differenziale interviene sulle dispersioni e lo SPD limita gli effetti delle sovratensioni. Barre, morsettiere e sistemi di distribuzione permettono invece di collegare correttamente i diversi circuiti.

Nei sistemi fotovoltaici si aggiunge la necessità di gestire correttamente i lati AC e DC, utilizzando componenti adatti alle rispettive tensioni e correnti.

Attraverso la categoria Quadri Elettrici e il sito ufficiale LED Italia è possibile confrontare configurazioni dedicate agli impianti fotovoltaici. La scelta definitiva deve comunque essere effettuata sulla base dello schema e delle caratteristiche elettriche dell’impianto.