Componenti Fondamentali dei Circuiti Elettrici: Generazione, Accumulo e Protezione

Componenti Essenziali dei Circuiti Elettrici: Funzioni e Tipologie

I circuiti elettrici sono costituiti da diversi elementi fondamentali che cooperano per generare, trasportare, utilizzare e proteggere l'energia elettrica. Questi componenti possono essere classificati in base alla loro funzione principale.

1. Generatori e Batterie: Sorgenti di Energia

Generatori e batterie: sono elementi che generano o accumulano energia elettrica in modo da poterla trasmettere a un circuito. In questi elementi si crea una differenza di potenziale tra i loro capi per fornire una corrente elettrica, se esiste un percorso di propagazione.

• Generatori: Trasformano altri tipi di energia (meccanica, chimica, ecc.) in energia elettrica. Esempi includono: Dinamoe e Alternatori.
• Batterie (o Accumulatori): Sono cariche di elettricità e la immagazzinano per erogarla a un altro sistema. Esempi includono: Pile, Stilo o Condensatori.

Simboli: Generatore di corrente continua ($\text{CC}$), Generatore di corrente alternata ($\text{CA}$).

2. Ricevitori: Utilizzo dell'Energia

Ricevitori: Elementi che vengono alimentati con l'energia trasportata e la trasformano in un altro tipo di energia: calore, movimento (meccanica), luce, ecc.

Esempi includono: Motori, Illuminazione, Riscaldamento, Segnalatori (o Timbri).

Simboli: Motore, lampada, resistenza, timbro.

3. Conduttori: Il Percorso della Corrente

Conduttori: Elementi che facilitano il flusso delle cariche elettriche (corrente), utilizzati per collegare i generatori con i ricevitori.

In base alla funzione di resistenza o resistività del materiale, si possono distinguere:

1. Conduttori
2. Isolanti
3. Superconduttori
4. Semiconduttori

Simbolo: Un conduttore.

4. Elementi di Controllo

Elementi di controllo: Questi elementi permettono di gestire il funzionamento del circuito attraverso il controllo del flusso di energia elettrica verso i diversi ricevitori.

Esempi includono: Pulsanti, Interruttori (Switch).

5. Elementi di Protezione

Elementi di protezione: Elementi che vengono inseriti in un circuito elettrico per proteggere le persone e le apparecchiature da sovracorrenti e contatti indiretti.

Esempi includono: Fusibile, Protezione termica, Protezione del circuito magnetico, Interruttore automatico, Interruttore differenziale (o di corrente).

Confronto tra Corrente Continua (CC) e Corrente Alternata (CA)

Vantaggi e Svantaggi della CA

Corrente Alternata (CA):

• Vantaggi: È possibile variare la tensione, sia aumenti che diminuzioni, con facilità e al valore desiderato, senza grandi perdite e in modo economico attraverso i trasformatori. Grazie a ciò, si possono trasportare grandi tensioni e piccole correnti, con conseguente riduzione delle perdite Joule. I motori che utilizzano questo tipo di alimentazione sono più economici e possono essere più duraturi. Si può convertire facilmente in CC attraverso i raddrizzatori.
• Svantaggi: Non può essere immagazzinata (non direttamente come le batterie).

Vantaggi e Svantaggi della CC

Corrente Continua (CC):

• Vantaggi: Può essere immagazzinata (batterie, condensatori, ecc.).
• Svantaggi: Non è facile ridurre o aumentare la tensione senza perdite significative. Non essendo facile variare la tensione, le perdite di trasporto non possono essere ridotte riducendo l'intensità e quindi l'effetto di conversione Joule della CA. La sua generazione è costosa e è improbabile ottenere onde sinusoidali, che sono solitamente quadre.

La Corrente Alternata è la più utilizzata tra i due tipi e, da un punto di vista quantitativo, la corrente basata sulle sue caratteristiche viene impiegata per applicazioni che richiedono elevata mobilità del ricevitore e per dispositivi portatili ad alta potenza.

Elementi di Protezione per Circuiti CA e CC

Come dice il nome, sono elementi che proteggono le persone e i circuiti da sovracorrenti e contatti indiretti.

Definizioni di Pericolo

Per sovracorrente si intende genericamente l'intensità del flusso di corrente elettrica al di sopra del massimo stabilito, che può causare un deterioramento del circuito.

Per corrente di dispersione (o contatto indiretto) si intende la corrente che esce dal circuito elettrico e può raggiungere persone o impianti, causando un incidente.

Tipi di Sovracorrente

1. Cortocircuito: Collegamento diretto di due punti a potenziale diverso tramite un elemento conduttore. In questo caso, l'intensità tende all'infinito (molto alta istantaneamente), il circuito è molto pericoloso e si verificano archi elettrici e danni per necessità.
2. Sovraccarico: Corrente superiore alla massima consentita, che può produrre danni alla struttura nel tempo.

Gli elementi protettivi sono sempre posti all'inizio del circuito.

Dispositivi di Protezione

Fusibile

Fusibile: È composto da due piastre conduttive unite alle estremità da un filo calibrato. Si basa sull'effetto Joule: quando la corrente supera il livello previsto, il riscaldamento fa sì che il filo si rompa, interrompendo la continuità del circuito. Questi elementi proteggono contro sovracorrenti e cortocircuiti e sono ampiamente utilizzati per la marcatura CE per la CA. Questi elementi sono distruttivi e devono essere sostituiti con uno nuovo dopo l'intervento.

Interruttore Automatico Termico

Interruttore Automatico Termico: È dotato di un elemento bimetallico, simile a quello di alcuni termostati. Il passaggio della corrente lo riscalda e, se il riscaldamento è eccessivo, si comporta come un pezzo unico che si piega, aprendo l'interruttore automaticamente. Per ripristinarlo, di solito è necessario attendere che il bimetallo si raffreddi. Non è distruttivo, è spesso utilizzato per interrompere contemporaneamente entrambe le fasi della CA, fornendo una protezione contro le sovracorrenti di intensità tipica tempo-circuito.

Interruttore Magnetico

Interruttore Magnetico: Elemento dotato di una bobina di induzione. Al passaggio di una sovracorrente, la forza magnetica generata provoca l'intervento dell'interruttore, che normalmente richiede un ripristino manuale. Non è distruttivo, è spesso utilizzato per interrompere contemporaneamente entrambe le fasi della CA e protegge istantaneamente da sovracorrenti di grande intensità (cortocircuiti).

MCB (Miniature Circuit Breaker)

MCB: L'elemento che combina due dispositivi separati: protezioni termiche e magnetiche, entrambe abbinate. Il suo funzionamento è la somma dei due precedenti. Non è distruttivo, è spesso utilizzato per la corrente alternata, protegge tutti i tipi di sovracorrente ed è solitamente manuale. È il tipo di interruttore domestico, con la doppia funzione di protezione contro le sovracorrenti e di limitazione della potenza massima utilizzabile fornita dalla società di fornitura.

ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker)

ELCB: L'elemento che possiede due induttori bilanciati, ciascuno collegato a una fase. Se la differenza delle correnti che fluiscono attraverso ogni bobina supera un valore di sicurezza, attiva l'interruttore. Se questa differenza esiste, significa che c'è una corrente di shunt o di dispersione, proteggendo così contro i contatti indiretti. Non è distruttivo, è utilizzato in corrente alternata ed è manuale. È un altro tipo di interruttore che si trova nelle abitazioni, dotato di un pulsante di prova per verificarne il corretto funzionamento.