Interruttore di commutazione vs ATS vs sezionatore vs interruttore automatico: guida alla commutazione dell'alimentazione di riserva

Introduzione

Quando un piccolo stabilimento subisce un’interruzione di corrente durante la produzione, il generatore di riserva si avvia immediatamente; a questo punto, il team elettrico deve eseguire la commutazione del carico, assicurandosi al contempo che non venga inviata alcuna alimentazione inversa (retroalimentazione) alla rete e che il personale addetto alla manutenzione non entri in contatto con apparecchiature sotto tensione. Nel sistema di alimentazione di riserva solare, lo stesso problema pratico si presenta in una forma diversa: quale dispositivo è responsabile della commutazione del carico? Quale dispositivo isola l’inverter? E quale dispositivo esegue l’azione di scatto in caso di guasto?

È proprio su questo punto che molti acquirenti si trovano in difficoltà. Interruttori automatici, commutatori automatici (ATS), sezionatori e interruttori possono essere tutti installati nello stesso quadro di distribuzione o nell’armadio di bassa tensione. Dal punto di vista estetico, sembrano tutti componenti simili appartenenti alla “apparecchiatura di commutazione”; tuttavia, nella progettazione elettrica vera e propria, ciascuno di essi svolge funzioni diverse.

La presente guida illustra, dal punto di vista dell’applicazione pratica, come selezionare gli interruttori di trasferimento e gli interruttori di trasferimento automatici (ATS), mettendoli a confronto con gli interruttori di sezionamento e gli interruttori automatici. Il nostro obiettivo non è quello di selezionare il prodotto migliore in assoluto, ma di assistere appaltatori, installatori di impianti fotovoltaici, produttori di quadri elettrici, team di acquisto e proprietari di abitazioni interessati alla tecnologia, ecc. nella scelta dello schema di combinazione più appropriato per soddisfare le esigenze relative all’utilizzo di alimentazione di riserva, alla commutazione dei generatori, agli impianti fotovoltaici/inverter, nonché all’isolamento per la manutenzione delle apparecchiature e alla protezione dai guasti in situazioni di emergenza.

Che cos’è un commutatore?

Un commutatore di trasferimento è un tipo di dispositivo utilizzato per commutare il carico tra due fonti di alimentazione. Tra le combinazioni di alimentazione più comuni figurano la rete elettrica e il generatore, la rete e l’inverter, l’alimentazione principale e quella di riserva, oppure l’uscita dell’impianto solare/inverter e un’altra fonte di alimentazione in corrente alternata.

Nel sistema di alimentazione di emergenza di base, gli utenti commutano il carico dall'alimentazione normale a quella di emergenza tramite l'interruttore del generatore. Nei piccoli negozi, potrebbe trattarsi semplicemente di un interruttore azionato manualmente installato vicino al quadro di distribuzione; mentre nelle grandi strutture commerciali o industriali, la stessa funzione di commutazione potrebbe essere svolta da dispositivi elettrici complessi o da componenti controllati.

Il termine “commutatore di conversione manuale e automatico” si riferisce solitamente al metodo di attivazione dell’azione di conversione. Il commutatore di conversione manuale richiede che l’operatore azioni manualmente la manopola o il meccanismo di comando; il sistema automatico, invece, utilizza una logica di monitoraggio e controllo per rilevare le interruzioni di corrente, e il suo vantaggio consiste nel completare automaticamente l’operazione di conversione senza necessità di intervento manuale.

L'interruttore di trasferimento viene utilizzato principalmente per la selezione dell'alimentazione e non può sostituire automaticamente le funzioni di protezione da sovraccarico o da cortocircuito. A meno che l'apparecchiatura non faccia parte di un sistema di protezione più ampio, dovrebbe essere utilizzata in combinazione con interruttori automatici, fusibili o altri dispositivi di protezione.

Questa distinzione riveste un’importanza fondamentale durante il processo di approvvigionamento. Nella scelta di un commutatore di trasferimento per generatori, è spesso necessario tenere conto della protezione a monte e a valle, della classe di protezione adeguata dell’involucro, della configurazione dei poli e del design dell’ingresso dei cavi. Se l’intero quadro di distribuzione non è in grado di controllare le correnti di guasto, garantire l’accesso per la manutenzione o soddisfare le condizioni di installazione, affidarsi esclusivamente al commutatore di trasferimento di potenza non è sufficiente.

L'interruttore di trasferimento è solitamente solo una parte di una soluzione complessiva e viene comunemente utilizzato in vari impianti elettrici, quali abitazioni, negozi, sale di telecomunicazioni, piccoli stabilimenti, impianti solari di riserva e quadri di distribuzione a bassa tensione.

Che cos’è un ATS?

L'ATS è un commutatore automatico di alimentazione. Monitora l'alimentazione normale e commuta il carico sull'alimentazione di riserva quando l'alimentazione normale viene a mancare o la tensione supera l'intervallo accettabile.

L'interruttore di trasferimento automatico è comunemente utilizzato nei sistemi di backup con generatore, negli edifici commerciali, per i carichi critici, nelle stazioni di comunicazione, nelle stazioni di pompaggio dell'acqua e in applicazioni in cui il funzionamento manuale risulta scomodo o è richiesta una risposta rapida. A seconda della configurazione specifica del sistema, può essere impiegato anche in sistemi di backup con inverter o batterie.

Un tipico commutatore automatico di trasferimento non si limita semplicemente a “passare” da una fonte di alimentazione all’altra. Al contrario, effettua la commutazione in base al monitoraggio della tensione, al tempo, alla disponibilità di potenza e alle condizioni di ritorno, seguendo una sequenza predefinita. In un impianto con generatore, l’ATS può anche inviare un segnale di avvio al generatore prima di commutare il carico.

Sequenza operativa di base dell'ATS:

1. Controllare la fonte di alimentazione normale.
2. Rileva la perdita di tensione, la sottotensione o un'alimentazione anomala.
3. Avviare o collegare la fonte di alimentazione di riserva.
4. Commutare il carico sull'alimentazione di riserva.
5. Quando viene ripristinata l'alimentazione stabile, riportare il carico alla fonte normale.

Al termine di questa procedura, a seconda del controllore e dei requisiti del progetto, l’ATS può prevedere un periodo di raffreddamento o un ritardo prima dell’arresto del generatore. Il comportamento specifico dipende dal modello, dalla logica di controllo, dall’interfaccia del generatore e dalle norme elettriche locali.

Quando si confrontano gli interruttori di trasferimento manuali con quelli automatici (ATS), la differenza più evidente risiede nel metodo di funzionamento: gli interruttori manuali si basano su un comando manuale, mentre gli ATS funzionano grazie a sensori e a una logica di controllo. Al momento della scelta, è necessario valutare in modo globale l’importanza del carico, la durata accettabile dell’interruzione di corrente, la dotazione di personale in loco, il budget e la complessità del sistema di alimentazione di riserva.

Che cos’è un sezionatore?

Il sezionatore viene utilizzato per scollegare il circuito dall'alimentazione, consentendo di effettuare interventi di manutenzione, ispezione o riparazione. Il suo scopo principale non è quello di interrompere l'alimentazione, ma di garantire un scollegamento affidabile.

Ad esempio, prima di eseguire interventi di manutenzione sul quadro di comando della pompa in un piccolo stabilimento industriale, i tecnici potrebbero dover scollegare l'alimentazione esterna dell'apparecchiatura. L'interruttore di isolamento fornisce un punto di scollegamento ben definito, garantendo così che il circuito possa essere interrotto prima di aprire il quadro o di intervenire sui componenti interni.

Negli impianti solari fotovoltaici, gli isolatori vengono comunemente utilizzati nei circuiti degli inverter, nei campi fotovoltaici o nelle sezioni CC/CA per consentire al personale addetto alla manutenzione di individuare con facilità i punti di sezionamento in tali punti. Negli impianti di climatizzazione e nei quadri di controllo meccanici, l’uso degli isolatori consente di spegnere o isolare apparecchiature specifiche mantenendo in funzione l’intero sistema di distribuzione di potenza di grandi dimensioni.

Lo scopo progettuale dell'interruttore di isolamento non è quello di sostituire la funzione di protezione dai guasti. Sebbene possa essere in grado di eseguire operazioni di commutazione in determinate condizioni, in generale non si tratta di un dispositivo utilizzato per interrompere correnti di cortocircuito anomale; a seconda della specifica configurazione del circuito, tale compito dovrebbe essere svolto da interruttori automatici o fusibili adeguati.

Che cos’è un interruttore automatico?

Un interruttore automatico è un dispositivo di protezione progettato per interrompere il flusso di corrente in caso di sovraccarico o cortocircuito. In un quadro di distribuzione, contribuisce a proteggere i cavi, i carichi e le apparecchiature a valle da correnti superiori al limite di sicurezza.

L'interruttore automatico interviene in caso di correnti di guasto o condizioni di sovraccarico in base alle proprie caratteristiche di intervento e alla capacità di interruzione nominale. Si consideri un semplice sistema di backup con generatore. Prendiamo come esempio un semplice sistema di backup con generatore: durante il normale funzionamento, l’interruttore di trasferimento commuta i carichi dell’edificio dall’alimentazione di rete a quella del generatore. Se si verifica un cortocircuito nel ramo a valle, l’interruttore automatico dovrebbe intervenire e scattare per isolare il guasto; l’interruttore di trasferimento di per sé non fornisce tale funzione di protezione dai guasti.

Esistono vari tipi di interruttori automatici. Gli interruttori automatici miniaturizzati (MCB) vengono utilizzati principalmente nei circuiti di distribuzione di piccola potenza; gli interruttori automatici in involucro stampato (MCCB) si trovano comunemente nei quadri di distribuzione commerciali o industriali ad alta corrente; mentre gli interruttori automatici in corrente continua (CC) vengono utilizzati in sistemi CC quali circuiti fotovoltaici, sistemi a batteria e applicazioni di controllo in CC. Le caratteristiche dell’arco elettrico e le condizioni di tensione nei diversi scenari differiscono da quelle dei circuiti in corrente alternata (CA), pertanto anche gli interruttori automatici adatti a ciascuno scenario sono diversi.

Pertanto, il confronto tra interruttori automatici e sezionatori assume particolare importanza. Gli interruttori automatici servono a prevenire sovraccarichi e cortocircuiti, mentre i sezionatori vengono utilizzati per interrompere il collegamento tra l’apparecchiatura e la rete elettrica, garantendo la sicurezza durante gli interventi di manutenzione. In molti sistemi di distribuzione, queste due funzioni sono distinte e devono operare in sinergia, senza che nessuna delle due possa mancare.

Interruttore di commutazione vs ATS vs sezionatore vs interruttore automatico

Il confronto riportato nel testo che segue dimostra perché questi dispositivi non debbano essere considerati intercambiabili; ciascuno di essi è progettato per risolvere problemi diversi dell'impianto elettrico.

Il confronto tra l’interruttore di trasferimento e l’interruttore di trasferimento automatico (ATS) verte principalmente sulla differenza tra trasferimento manuale e trasferimento automatico; il confronto tra l’interruttore automatico e l’interruttore di sezionamento si concentra invece sulla funzione di interruzione del circuito durante la protezione e la manutenzione dello stesso. Confrontando questi quattro dispositivi tra loro, è possibile ottenere una comprensione più chiara della situazione: il sistema di alimentazione di riserva richiede interruttori, isolamento e protezione, piuttosto che un singolo componente.

Per i piccoli quadri di distribuzione di riserva, se è possibile il funzionamento manuale, l’utilizzo di un commutatore manuale del generatore potrebbe essere sufficiente per garantire la commutazione dell’alimentazione. Tuttavia, per gli edifici commerciali dotati di impianti di illuminazione, pompe idriche o apparecchiature di refrigerazione critici, è più consigliabile utilizzare un commutatore automatico. Vale la pena notare che, indipendentemente dalla scelta, di solito è comunque necessario installare interruttori automatici e sezionatori in prossimità delle apparecchiature di commutazione.

Come scegliere il dispositivo giusto per l'alimentazione di emergenza e la sicurezza elettrica

In primo luogo, definire chiaramente le funzioni che l’apparecchiatura deve svolgere. Se il sistema deve commutare tra due fonti di alimentazione, si può prendere in considerazione un interruttore o un ATS (Automatic Transfer Switch); se il sistema deve riavviarsi automaticamente dopo un’interruzione di corrente, è opportuno valutare l’uso di un interruttore di trasferimento automatico; se il sistema deve scollegare in modo sicuro l’alimentazione per la manutenzione, occorre considerare i requisiti dell’interruttore di isolamento; se il sistema necessita di protezione da sovraccarico e cortocircuito, è necessario selezionare un interruttore automatico adeguato.

Fattori di selezione:

• Configurazione dell'alimentazione: rete elettrica, generatore, inverter, impianto solare o sistema a batteria
• Metodo di commutazione richiesto: manuale o automatico
• Tipo di carico e corrente nominale
• Livello di tensione e numero di poli
• Necessità di protezione da sovraccarico e cortocircuito
• Requisiti relativi all'isolamento per la manutenzione
• Ambiente di installazione: interni, esterni, residenziale, commerciale o industriale
• Conformità alle norme elettriche locali

Nelle applicazioni pratiche del sistema, spesso è necessario che più dispositivi funzionino in sinergia. Ad esempio, il sistema di backup con generatore può utilizzare un commutatore automatico (ATS) per la commutazione automatica, impiegare interruttori automatici per la protezione e avvalersi di sezionatori per garantire la sicurezza durante la manutenzione. Il sistema di backup solare fotovoltaico, invece, può includere sezionatori CC, interruttori automatici CC, dispositivi di protezione contro le sovratensioni, interruttori automatici CA e dispositivi di commutazione. La configurazione specifica dipende dalla modalità di interazione tra l’inverter, la rete elettrica e il carico di backup.

Per i piccoli edifici commerciali, il quadro di distribuzione può essere dotato di ingresso di rete, ingresso generatore, dispositivo di conversione, interruttore di uscita e dispositivo di protezione contro le sovratensioni. La progettazione corretta dipende dalla corrente nominale, dalla configurazione monofase o trifase, dall’ambiente in cui è collocato il quadro, dal cablaggio e dalle specifiche di installazione applicabili.

Scenari comuni di applicazione

Sistemi di alimentazione di emergenza per abitazioni e piccole attività commerciali

Nelle abitazioni, nei piccoli negozi, nelle cliniche o negli uffici, l'alimentazione di emergenza è solitamente garantita da generatori o inverter. Se sussistono le condizioni che consentono agli operatori di commutare manualmente l'alimentazione in caso di interruzione di corrente, la scelta di interruttori a commutazione manuale può semplificare la progettazione e contenere i costi.

Quando è necessario il ripristino automatico del carico o in assenza di personale qualificato in loco, l’ATS risulta più indicato. Ad esempio, in contesti quali magazzini frigoriferi, pompe idriche, sale di telecomunicazioni, sistemi di sicurezza e alcuni circuiti di illuminazione commerciale.

Nel decidere se dotare un generatore di un commutatore manuale o di un commutatore automatico di trasferimento, è opportuno tenere conto anche di fattori quali la frequenza delle interruzioni di corrente, la velocità richiesta per il ripristino del carico e l'eventuale necessità di preriscaldamento o di un sistema di controllo dell'avviamento del generatore.

Impianti fotovoltaici e sistemi di inverter

Gli impianti solari fotovoltaici integrano solitamente diverse funzioni tecniche. Gli interruttori di sezionamento in corrente continua possono essere utilizzati per interrompere il collegamento sul lato delle stringhe fotovoltaiche; se la progettazione lo richiede, gli interruttori automatici in corrente continua possono proteggere alcuni circuiti in corrente continua; i dispositivi di protezione contro le sovratensioni contribuiscono a ridurre il rischio di danni causati da sovratensioni transitorie; gli interruttori automatici in corrente alternata e gli interruttori di sezionamento possono essere installati all'uscita dell'inverter o in prossimità della quadro di distribuzione.

Quando è necessario commutare il carico tra l'alimentazione di rete e l'uscita di riserva dell'inverter, è possibile utilizzare un commutatore di trasferimento. Nei sistemi più avanzati, la logica di commutazione automatica può essere integrata nell’inverter o in un armadio esterno. La scelta delle apparecchiature dipende dalla tensione e dalla corrente del sistema, dalla configurazione CA/CC, dal metodo di messa a terra, dal tipo di inverter e dalle normative elettriche locali.

Quadri di distribuzione industriali

I quadri di distribuzione industriali richiedono solitamente una struttura a livelli. I quadri di distribuzione presenti negli stabilimenti possono includere interruttori automatici di ingresso, sezionatori principali, sistemi di sbarre collettrici, dispositivi di conversione, circuiti di uscita, dispositivi di protezione dei motori, dispositivi di protezione contro le sovratensioni e circuiti di controllo indipendenti.

In questo contesto, la scelta tra un commutatore manuale e un commutatore automatico (ATS) dipende da tre fattori chiave: i tempi di inattività consentiti nella produzione, l’esposizione ai rischi legati al processo e i costi operativi e di manodopera associati all’intervento umano. Le soluzioni di trasferimento manuale possono essere appropriate per carichi non critici; tuttavia, per i carichi la cui interruzione potrebbe compromettere la sicurezza, comportare una significativa perdita di prodotto o interrompere le operazioni fondamentali, un ATS rappresenta una soluzione tecnicamente giustificata e operativamente prudente.

Gli acquirenti del settore industriale dovrebbero inoltre verificare il grado di protezione dell'involucro, la resistenza meccanica, lo spazio disponibile per il cablaggio, le prestazioni di dissipazione del calore, la corrente nominale, la capacità di interruzione del dispositivo di protezione, nonché il coordinamento tra le protezioni di livello superiore e inferiore.

Manutenzione e arresto di emergenza

Garantire una procedura di spegnimento semplice. Il personale addetto all'alimentazione elettrica deve disporre di una procedura chiara per interrompere l'alimentazione delle apparecchiature prima di eseguire gli interventi di manutenzione. Pertanto, gli interruttori di sezionamento e gli interruttori automatici vengono solitamente installati in prossimità della macchina, nel quadro di distribuzione o in corrispondenza dell'apertura di accesso per la manutenzione dell'apparecchiatura.

Per il controllo di emergenza, a seconda delle apparecchiature specifiche e delle norme applicabili, lo schema di progettazione può richiedere l’uso di interruttori automatici, sezionatori, contattori, circuiti di arresto di emergenza o altri dispositivi. Questi termini non devono essere confusi a caso. I dispositivi selezionati devono soddisfare i requisiti relativi alle funzioni elettriche, alle correnti nominali, alle condizioni di funzionamento e alla sicurezza.

Considerazioni finali

Un commutatore, un ATS, un sezionatore e un interruttore automatico non sono intercambiabili. Un commutatore consente di passare da una fonte di alimentazione all’altra. Un commutatore automatico esegue il passaggio da una fonte all’altra in modo automatico. Un sezionatore serve a scollegare l’impianto per la manutenzione. Un interruttore automatico interrompe le correnti di sovraccarico e di cortocircuito.

Per il controllo di emergenza, a seconda delle apparecchiature specifiche e delle norme applicabili, lo schema di progettazione può richiedere l’uso di interruttori automatici, sezionatori, contattori, circuiti di arresto di emergenza o altri dispositivi. Questi termini non devono essere confusi a caso. I dispositivi selezionati devono soddisfare i requisiti relativi alle funzioni elettriche, alle correnti nominali, alle condizioni di funzionamento e alla sicurezza.

OOHMAGE può supportare la scelta specifica per ogni progetto di scatole di distribuzione, commutatori, interruttori automatici, sezionatori, interruttori CC, SPD e scatole di raccordo fotovoltaiche. La soluzione più adeguata deve essere valutata in base alla tensione, alla corrente, alla configurazione dei poli, all’ambiente di installazione, al progetto di protezione e alle norme locali.

Per gli acquirenti che stanno valutando diversi prodotti, le questioni concrete da considerare non si limitano semplicemente a chiedersi: “Quale dispositivo dovrei acquistare?”. Una domanda più appropriata sarebbe: “Quali funzioni deve svolgere in sicurezza questo impianto elettrico? E quali dispositivi sono necessari per garantire ciascuna di queste funzioni?”.”

Domande frequenti

Qual è la differenza tra un commutatore e un ATS?

L'interruttore di trasferimento serve a commutare il carico tra due fonti di alimentazione. L'interruttore di trasferimento automatico (ATS) esegue automaticamente l'operazione di commutazione non appena rileva un'interruzione di corrente o una condizione anomala dell'alimentazione.

Un commutatore può sostituire un interruttore automatico?

No. L'interruttore di trasferimento serve principalmente per la commutazione dell'alimentazione, mentre l'interruttore automatico serve per la protezione da sovraccarichi e cortocircuiti.

Un isolatore è la stessa cosa di un interruttore automatico?

No. L'interruttore di isolamento serve a scollegare il circuito per interventi di manutenzione, mentre l'interruttore automatico interrompe la corrente di guasto e quella di sovraccarico in base ai propri parametri nominali e al proprio schema di intervento.

È necessario un ATS per l'alimentazione di riserva del generatore?

Se è necessario commutare automaticamente il carico in caso di normale interruzione di corrente, è opportuno utilizzare un commutatore automatico di trasferimento (ATS); se invece è accettabile un funzionamento manuale, potrebbe essere più indicato un commutatore di trasferimento per generatore.

Quale dispositivo è opportuno utilizzare per l'isolamento dell'inverter solare?

A seconda della configurazione dell'impianto e delle normative locali, potrebbe essere necessario dotare l'impianto fotovoltaico di sezionatori CC, sezionatori CA, interruttori automatici CC, interruttori automatici CA e dispositivi di protezione contro le sovratensioni.

È possibile che una scatola di distribuzione contenga un commutatore, un sezionatore e un interruttore automatico?

Sì. Molte scatole di distribuzione pratiche integrano funzioni di commutazione, isolamento per la manutenzione e protezione dei circuiti in un’unica unità coordinata.