Salvavita elettronico

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Salvavita elettronico
una protezione per evitare di restare folgorati
La maggiore preoccupazione di tutti coloro che sono costretti a coabitare con la
corrente elettrica è quella di evitare di restare folgorati.
Per questo motivo subito dopo il contatore deve essere montato un "salvavita" o
"interruttore differenziale" che ( la legge lo impone) ha il compito di interrompere
immediatamente l' erogazione di energia elettrica qualora si verifichi una fuga di
corrente verso terra. Fuga di corrente dovuta, nella maggior parte dei casi, al
contatto tra il corpo umano ed un terminale della rete (fase); contatto che nel caso
superi i 5-10 secondi di durata, diverrebbe sicuramente mortale. I salvavita che si
trovano in commercio sono quasi tutti elettromeccanici e sono tarati per entrare in
funzione con correnti di fuga intorno ai 10 mA.
Il circuito che vi proponiamo invece, oltre che essere completamente elettronico, ha
una sensibilità che può essere spinta sino al punto di reagire a correnti di fuga di 1
mA.
Ciò non significa che si debba sostituire il salvavita già disponibile, semmai
integrarlo, specialmente in tutti quei casi dove una precauzione in più non è mai
troppa: pensate a tutto ciò che può arrivare alla portata dei bambini.
Facciamo notare che all' apparecchio non si potranno collegare carichi superiori ai
1.000 watt di potenza, perchè il relè utilizzato può sopportare sui contatti una
corrente massima di 5A. Non utilizzatelo pertanto per la protezione dell' intero
impianto elettrico di casa.
Fig.1
Fig.2
ie
OUT
ie
OUT
iu
Carico
iu
Carico
ie = iu
iu = ie - it
it
PRINCIPIO di FUNZIONAMENTO :
In un qualsiasi impianto elettrico, in condizione di normale funzionamento, la
corrente che fluisce nei due conduttori che alimentano il carico è identica; più
semplicemente, la corrente che entra ha lo stesso valore della corrente che esce (
fig.1 ).
Se però, per un motivo qualsiasi, si dovesse verificare una dispersione verso terra, le
due correnti, anche se di poco, risulteranno differenti; la corrente di uscita (fig.2),
risulterebbe minore di quella in entrata.
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Per rilevare questa differenza, anche se di pochi milliamper, si usa far scorrere
la corrente dei due conduttori (di entrata e di uscita), attraverso altrettanti
avvolgimenti di un trasformatore (T1). Se i due avvolgimenti sono perfettamente
uguali tra loro e se le correnti presentano lo stesso valore, sul terzo avvolgimento
(sovrapposto ai primi due) non sarà presente alcuna tensione (fig.3). Se invece le
due correnti dovessero presentare valori differenti, ai capi del secondario
troveremmo una tensione la cui ampiezza risulterà proporzionale alla loro differenza
(fig.4). Il trasformatore è stato costruito in maniera tale che quando la differenza tra
le due correnti circolanti nei rispettivi primari è ….. ( segue )
fig.3 In condizioni normali
nei due conduttori che collegano
un carico alla rete, la corrente
che vi circola è identica.
Il trasformatore è costruito in
modo tale che in questo caso
sul voltmetro Vac non si dovrà
leggere alcuna tensione.
-
+
Vac
TP1
TP1
Carico
ie
IN
OUT
iu
IL TRASFORMATORE T1, le RESISTENZE Ra* e Rb* ed il PULSANTE TEST...
Come dicevamo, Il trasformatore T1 è stato costruito in modo tale che quando la
corrente che scorre nei due avvolgimenti del primario ha lo stesso valore, ai capi
dell' avvolgimento secondario non deve risultare presente alcuna tensione ( Vac )….
( segue )
fig.4 Qualora si verificasse
una qualsiasi dispersione di
corrente, sul secondario di TI
si dovra misurare una tensione
proporzionale alla differenza
tra la corrente di entrata e
quella di uscita.
-
+
Vac
TP1
IN
TP1
Carico
iu
ie
iu
ie
OUT
iu = ie - it
it
3
Lo schema, il piano di montaggio, i circuiti stampati e l’elenco dei
componenti non sono riportati perché parti integranti del kit.
Facendo riferimento a ciò che abbiamo finora esposto, è facile capire perchè
pigiando il pulsante P1 si fa il TEST di funzionamento dello apparecchio; infatti, P1
chiuso, mette in parallelo ad un avvolgimento del trasformatore T1 la resistenza R1,
che causa il basso valore ( 10 Ω ), deriva dallo stesso avvolgimento una corrente
sufficiente a simulare una fuga di corrente.
Evidente è anche la necessità di avere collegato sull' uscita un carico, altrimenti il
TEST non può funzionare.
Come già detto, l' entrata in funzione dell' apparecchio è segnalata dall' accensione
del led rosso Ld2;
D1
T1
R*
220 Vac IN
R1
220 Vac OUT
TP1
R*
R3
NC
D2
RL1
per riportare l' apparecchio al funzionamento normale bastera premere il pulsante
di RESET ( P2)…. ( segue )
Alla Rete
10 mA
5 mA
3,3 mA
2,5 mA
2 mA
5 x 22.000 Ω
Fig.6
Presa di terra
oTubo dell'acqua
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MISURA e TARATURA della SENSIBILITA
Per misurare la sensibilità di questa apparecchiatura ossia a quale valore di corrente
derivata tra la " fase " e la terra si ha l'interruzione della tensione al carico, è
necessario simulare una fuga di corrente verso terra. In questa esperienza,
collegandosi ai due punti TP1, possibilmente con un oscilloscopio, sarà possibile
controllare e misurare il valore della tensione ai capi del secondario del
trasformatore T1 al variare della corrente di fuga verso terra; non è necessario
collegare alcun carico all' uscita dell' apparecchiatura.
Ruotare il trimmer P1 (fig.6) tutto in senso antiorario ( valore zero ), prendere 5
resistenze da 22.000 Ω collegarle in serie tra di loro, e poi al capo libero di un
conduttore che avrete collegato alla presa di terra (o in alternativa alla tubatura
dell' acqua); con uno spezzone di cavo cortocircuitare quattro delle cinque resistenze:
collegare poi il capo rimasto libero della serie di resistenze ad uno dei terminali di
uscita del salvavita, se questo corrisponde alla " fase " il dispositivo entrerà
immediatamente in azione.
Applicando la legge di Ohm, la corrente di fuga, ammesso che il contatto di terra
risulti buono, sara 220V / 22.000Ω = 10 mA.
Scalando di volta in volta UNA, DUE, TRE e QUATTRO resistenze dal cortocircuito, si
potrà diminuire il valore della corrente di fuga, infatti:
con 3 resistenze : 220V / ( 3 * 22.000 Ω ) = 3,3 mA
con 5 resistenze : 220V / ( 5 * 22.000 Ω ) = 2 mA
Una sensibilita di questo livello è sicuramente ottima; se non si riuscisse a
raggiungere questo valore oppure la si ritenesse ancora insufficiente, basterà
aumentare la resistenza del trimmer P1 girando lo stesso in senso orario, o nella
peggiore delle ipotesi aumentando il guadagno dell' integrato U1 sostituendo la
resistenza R5 con una di valore più elevato.
Il nostro consiglio è di stabilizzarsi tra i 2 e i 10 mA; non sempre una elevata
sensibilità significa migliore funzionamento.