Il sovraccarico termico non si verifica in modo casuale, ma deriva da molteplici fattori interagenti. Fondamentalmente, si verifica quando i componenti o i sistemi elettrici sopportano carichi superiori alla loro capacità di progettazione, generando calore eccessivo. Di seguito analizziamo le tre cause principali:

Il sovraccarico delle apparecchiature si verifica quando motori o circuiti gestiscono una corrente superiore alla loro capacità nominale. Questo carico aggiuntivo genera calore eccessivo che danneggia gli avvolgimenti dei motori e altri componenti. Scenari comuni includono il collegamento di più dispositivi ad alta potenza a un singolo circuito o il funzionamento dei motori oltre le loro specifiche.

È particolarmente preoccupante che oltre il 50% degli edifici residenziali negli Stati Uniti abbia più di 30 anni, con cablaggi elettrici non progettati per le moderne esigenze di alimentazione. I segnali di avvertimento includono luci tremolanti, frequenti interventi degli interruttori automatici, prese calde o scolorite, odori di bruciato e ronzii.

I problemi meccanici aumentano la resistenza all'interno dei motori, costringendoli a lavorare di più e a consumare più energia. Esempi comuni includono il disallineamento dell'albero che causa attrito e cuscinetti usurati che creano resistenza aggiuntiva. Entrambe le condizioni spingono i motori oltre la loro capacità termica.

L'analisi delle vibrazioni si dimostra efficace per il monitoraggio dello stato dei cuscinetti, poiché i modelli di usura creano cambiamenti rilevabili nella frequenza e nell'ampiezza delle vibrazioni che fungono da segnali di allarme precoce.

Lo squilibrio elettrico si riferisce a un flusso di corrente irregolare che genera calore aggiuntivo e sollecita i componenti. Nei sistemi trifase, la perdita di fase costringe le fasi rimanenti a trasportare più corrente, surriscaldando gli avvolgimenti del motore. Il sovraccarico del circuito si verifica quando la richiesta di energia supera la capacità, spesso causata da cablaggi difettosi, interruttori automatici malfunzionanti o prese insufficienti che portano all'uso non sicuro di prolunghe.

Le statistiche sulla sicurezza rivelano che i guasti elettrici causano circa 46.700 incendi domestici all'anno, con danni superiori a 1,5 miliardi di dollari. Gli ambienti industriali devono affrontare costosi tempi di inattività e la sostituzione delle apparecchiature a causa di incidenti da sovraccarico termico.

Il sovraccarico termico danneggia i sistemi elettrici in diversi modi, causando danni alle apparecchiature, rischi per la sicurezza e interruzioni operative con guasti immediati e degrado a lungo termine.

Il sovraccarico termico attacca tipicamente i componenti del sistema più deboli. L'isolamento dei fili spesso subisce per primo, poiché la corrente eccessiva scioglie l'isolamento, esponendo i conduttori a potenziali fonti di ignizione. I motori affrontano rischi simili, con gli avvolgimenti sovraccaricati che subiscono un guasto dell'isolamento che può portare a cortocircuiti o al completo guasto.

I trasformatori affrontano pericoli paragonabili, poiché il surriscaldamento degrada l'isolamento nelle unità riempite d'olio, aumentando i rischi di incendio. Il sovraccarico persistente danneggia anche i cablaggi, le prese e gli interruttori automatici, riducendo la loro durata a causa dello stress accumulato.

I rischi per la sicurezza derivanti dal sovraccarico termico variano da gravi a potenzialmente letali. Gli incendi elettrici rappresentano la minaccia più immediata, poiché fili surriscaldati e prese danneggiate possono raggiungere temperature di ignizione. Tra il 2011 e il 2020, l'Ufficio di statistica del lavoro degli Stati Uniti ha registrato 33.890 infortuni e malattie legate al calore sul lavoro, oltre a 999 decessi dal 1992 al 2021, evidenziando l'importanza della gestione del rischio termico.

L'isolamento danneggiato aumenta anche i rischi di elettrocuzione esponendo i conduttori, creando la possibilità di scosse che vanno da un lieve disagio a lesioni potenzialmente letali.

Oltre ai danni ai componenti e ai problemi di sicurezza, il sovraccarico termico causa costose interruzioni operative. Quando i sistemi si surriscaldano, gli interruttori automatici di protezione scattano per prevenire incendi, ma contemporaneamente interrompono la produttività. Nella produzione, anche brevi interruzioni possono creare perdite significative.

I sistemi sovraccaricati funzionano anche in modo meno efficiente, consumando più energia pur offrendo prestazioni incoerenti. Lo stress termico prolungato accelera il degrado dei materiali, portando a guasti prematuri delle apparecchiature che possono sfociare in interruzioni operative complete.

La prevenzione del sovraccarico termico richiede la combinazione di dispositivi di protezione adeguati, progettazione intelligente e manutenzione regolare per identificare e risolvere i problemi prima che diventino rischi per la sicurezza o guasti alle apparecchiature.

Questi dispositivi critici proteggono i motori monitorando il flusso di corrente e scollegando l'alimentazione durante i sovraccarichi prolungati. In genere utilizzano strisce bimetalliche che si piegano quando vengono riscaldate, attivando i meccanismi di spegnimento. Disponibili in versioni a ripristino manuale o automatico, sono essenziali le corrette impostazioni della soglia di corrente: troppo basse causano tempi di inattività non necessari, mentre troppo alte rischiano una protezione inadeguata.

Apparecchiature correttamente dimensionate e adatte ai carichi previsti prevengono il surriscaldamento. I sistemi sovradimensionati possono ciclare eccessivamente, mentre le unità sottodimensionate funzionano a piena capacità costante, generando entrambi calore non necessario. La manutenzione regolare dovrebbe includere:

• Ispezioni visive per danni o corrosione
• Controlli di calibrazione per le impostazioni della temperatura
• Test funzionali simulando le condizioni di sovraccarico

Anche un'adeguata ventilazione si dimostra fondamentale per la dissipazione del calore, mentre il mantenimento dei registri della cronologia degli interventi aiuta a identificare i problemi in via di sviluppo.

Mentre i relè di sovraccarico proteggono i motori, gli interruttori automatici e i fusibili proteggono interi circuiti. Gli interruttori automatici combinano elementi termici e magnetici per rispondere sia ai sovraccarichi prolungati che ai cortocircuiti improvvisi. I fusibili si fondono quando esposti a una corrente eccessiva, richiedendo la sostituzione dopo l'attivazione. Insieme creano sistemi di difesa a strati con ridondanza integrata.

Il sovraccarico termico presenta gravi minacce per i sistemi elettrici, causando potenzialmente danni alle apparecchiature, incidenti di sicurezza e interruzioni operative. Misure di prevenzione efficaci sono fondamentali per mantenere operazioni sicure e affidabili. Le informazioni principali includono:

• Il sovraccarico delle apparecchiature, i problemi meccanici e lo squilibrio elettrico rappresentano le cause principali
• Gli impatti vanno dai danni ai componenti ai rischi per la sicurezza e ai tempi di inattività del sistema
• La prevenzione richiede relè di sovraccarico, corretto dimensionamento delle apparecchiature e dispositivi di protezione del circuito

In particolare, i motori a induzione trifase comprendono quasi l'80% delle applicazioni industriali, mentre il sovraccarico elettrico è la principale causa di guasti ai circuiti residenziali. Queste statistiche sottolineano la necessità di apparecchiature di protezione affidabili.

Attraverso ispezioni regolari, componenti di dimensioni appropriate e una pronta risposta ai segnali di avvertimento, le organizzazioni possono mitigare efficacemente i rischi di sovraccarico termico, garantendo la sicurezza e l'affidabilità del sistema elettrico proteggendo al contempo gli investimenti nelle apparecchiature.