Il neutro, questo sconosciuto…

di Marco Mocellin

Già una volta scrissi un pezzo sullo stato del neutro negli impianti elettrici per lo spettacolo: si trattava di un’analisi, relativa soprattutto alla riduzione di disturbi veicolati da questo conduttore verso gli impianti audio e video, in cui spiegavo le differenze di risultato fra un impianto con collegamento a terra del neutro ed uno senza.

Ora invece vorrei parlare di guasti, cioè di quello che succede quando il conduttore di neutro si interrompe o, peggio, viene mal collegato. È abbastanza facile rispondere all’ultimo interrogativo, infatti tutti sanno che l’elettricista di turno avendo davanti a se 5 morsetti può fare un numero finito di permutazioni. Se poi consideriamo che tipicamente la terra è individuata facilmente, e quindi la escludiamo, e che le tre fasi sono di fatto intercambiabili tra loro essendo i carichi monofasi… beh, resta solo una possibilità: scambiare una fase con il neutro.

Gli effetti di questa particolarissima permutazione delle connessioni sono noti a tutti: il botto dei delicati alimentatori o peggio dei circuiti dei nostri amati apparecchi. Perché questo avvenga è presto detto: la tensione tra fase e neutro in un sistema simmetrico è di 230 volt nominali, mentre tra fase e fase ammonta a 400 V. Ora, se connettiamo una fase al posto del neutro, gli apparecchi collegati tra le due fasi residue si trovano ad essere sollecitati con 400 volt di tensione.

Diciamo che così facendo, nel caso di un sistema abbastanza grande e con i carichi statisticamente distribuiti sulle tre fasi, abbiamo ottime possibilità di bruciare (o perlomeno sollecitare oltre il normale) i 2/3 delle macchine.

Però, mi permetto di fare notare come in realtà si tratti del caso più semplice e quasi banale, non negli effetti ma dal punto di vista della sua comprensione teorica.

Molto più interessante è la schiera di fenomeni intermedi che si possono verificare nel caso di un’interruzione del neutro o di una sua intermittente o non certa connessione.

Infatti mentre l’interruzione di una fase porta semplicemente alla disattivazione delle utenze monofase ad essa collegate, l’interruzione del neutro si ripercuote direttamente su tutte le utenze del sistema elettrico alterando la distribuzione delle tensioni.

In più dobbiamo notare che la particolare pericolosità di questo tipo di guasto è insita nella possibilità di alimentare parte del sistema con tensioni superiori al nominale, al massimo di 1,73 volte circa alla nominale; è evidente che sottoalimentare un carico (ad esempio un motore) non è corretto e porta a problemi di surriscaldamento, però è altrettanto evidente che non rovina l’elettronica, o almeno non in maniera certa come una sovratensione applicata per tempi prolungati.

Se date un’occhiata alla tabella in figura, che se volete potete anche scaricare in alta risoluzione dal link indicato sotto, scansione di un vecchio vademecum per ingegneri, noterete come in realtà i guasti in un sistema trifase, soprattutto se un po’ esteso, non sono sempre immediati da individuare.

Ancora una volta teniamo presente che i più difficili da scovare sono i malfunzionamenti dovuti a guasti intermittenti e non certi.

Volendo analizzare in dettaglio cosa succede in un sistema trifase quando si interrompe il neutro, possiamo pensare come segue: così come le tensioni tra le fasi sono qualcosa di imposto dal sistema di generatori, la tensione tra fase e neutro è imposta in caso di collegamento diretto tra il generatore (o il trasformatore) e il carico, ma può anche essere ricreata artificialmente (a differenza di una fase). Il problema è proprio questo: nel momento in cui si interrompe il conduttore di neutro che potremmo definire “ufficiale”, si viene a creare una nuova struttura del sistema elettrico in cui le impedenze dei carichi collegati tra le fasi ed il conduttore di neutro dopo il guasto, ora non più vincolato a nulla, costituiscono un centro stella fittizio.

Un vero centro stella in un sistema simmetrico, genera un punto a potenziale equidistante dalle tre fasi se è ottenuto con tre impedenze uguali, ma è ben difficile che una somma di carichi monofase vada a costituire un carico equivalente trifase perfettamente equilibrato.

Infatti tipicamente non lo è, e l’effetto è un violento spostamento dei valori delle tensioni tra fase e neutro, dato che pur spostando il centro stella deve comunque essere verificata la nullità della somma vettoriale delle tre tensioni, è ovvio che qualche tensione si ridurrà ma le altre due diventeranno molto più alte del normale.

Si riduce la tensione della fase più caricata, per ovvi motivi di riduzione spontanea della caduta di tensione verso l’annullamento della corrente circolante nel carico di quella fase, mentre aumentano di conseguenza le tensioni delle fasi meno cariche.

In realtà non dovrei dire molto sull’entità dello spostamento, perché dipende dall’entità dei carichi, però tipicamente lo spostamento è pari al grado di squilibrio dei carichi sulle tre fasi e non è raro che la tipica ripartizione dei carichi di un service lasci anche completamente scoperta una delle fasi, creando di fatto una situazione pericolosissima in caso di interruzione del neutro.

Tengo a precisare che non si tratta di un guasto tanto insolito, infatti è cosa non rara un bocchettone mal collegato o, peggio, che un interruttore di un power box ormai abusato da anni di intemperie ed intemperanze dei tecnici e violato da sadiche manovre ripetute per riaccendere l’intero impianto, inizi ad avere problemi sui contatti del neutro.

A volte il guasto inizia a manifestarsi in maniera subdola e poi un bel giorno degenera con la bruciatura di qualche apparecchio, apparentemente senza motivo.

Il fatto che il contatto di un interruttore inizi a non fare bene il proprio lavoro è sicuro preludio di danni molto più gravi; infatti se i contatti si separano ed iniziano a sfiammare tendono a danneggiarsi tanto più rapidamente quanto più si separano per effetto delle correnti che li percorrono, il fenomeno poi degenera in una valanga che termina con l’apertura definitiva del contatto.