Il tecnico della manutenzione apre l'interruttore sezionatore. 600 volt, 32 ampère. Procedura di bloccaggio di routine per un impianto fotovoltaico su tetto.
Tranne che l'interruttore non era omologato per la corrente continua.
All'interno dell'alloggiamento, si forma un arco tra i contatti che si separano — un ponte di plasma brillante e persistente che conduce 600V CC attraverso aria ionizzata. In un sistema a corrente alternata, questo arco si estinguerebbe naturalmente entro 10 millisecondi, soffocato al successivo passaggio per lo zero della corrente. Ma la corrente continua non ha passaggi per lo zero. L'arco persiste. I contatti iniziano a erodersi. La temperatura sale. In pochi secondi, il sezionatore che avrebbe dovuto garantire una disconnessione sicura è diventato un conduttore ad alta tensione continuo, proprio quando è più necessario che sia isolato.
Che “La Rete di Sicurezza del Passaggio per lo Zero”—La CA ce l'ha, la CC no. E questo cambia radicalmente il modo in cui gli interruttori sezionatori devono essere progettati, omologati e selezionati.
Cosa sono gli interruttori isolatori?
Un interruttore di isolamento (chiamato anche interruttore di disconnessione o interruttore-sezionatore) è un dispositivo meccanico di commutazione progettato per isolare un circuito elettrico dalla sua fonte di alimentazione, garantendo manutenzione e riparazione in sicurezza. Regolati dalla norma IEC 60947-3:2020 per gli apparecchi di manovra in bassa tensione (fino a 1000V CA e 1500V CC), gli interruttori sezionatori forniscono una disconnessione visibile — un distacco fisico che si può vedere o verificare — tra i conduttori sotto tensione e le apparecchiature a valle.
A differenza degli interruttori, i sezionatori non sono progettati per interrompere correnti di guasto sotto carico. Sono dispositivi di disconnessione per manutenzione. Si aprono quando il circuito è de-energizzato o sotto carico minimo, creando un punto di isolamento sicuro per lavori a valle. La maggior parte dei sezionatori include un meccanismo di bloccaggio (anello per lucchetto o maniglia bloccabile) per conformità alle procedure LOTO (Lockout/Tagout).
Ecco cosa rende critica la selezione del sezionatore: la fisica dell' interruzione dell'arco—ciò che accade nei microsecondi dopo aver aperto l'interruttore—è fondamentalmente diversa per la CA rispetto alla CC. Un sezionatore adeguato per servizio CA può essere completamente inadeguato (e pericoloso) per servizio CC, anche a tensioni inferiori. La targhetta potrebbe indicare “690V”, ma si tratta di 690V AC. Usarlo su una stringa fotovoltaica da 600V CC? Si è appena creato un potenziale pericolo di arco elettrico.
Questo non è un dettaglio tecnico minore o un margine di sicurezza conservativo. È fisica. E per capire il perché, bisogna osservare cosa accade all'interno di ogni interruttore quando i contatti si separano sotto tensione.
Pro-Tip #1: Non utilizzare mai un sezionatore omologato per CA in applicazioni CC a meno che la sua scheda tecnica non riporti esplicitamente valori nominali di tensione/corrente CC. Un sezionatore omologato per 690V CA ha tipicamente una capacità in CC di soli 220-250V CC — meno di una stringa solare di 4 pannelli a circuito aperto.
Il Problema dell'Estinzione dell'Arco: Perché la CC è Diversa
Quando si apre un qualsiasi interruttore sotto tensione, si forma un arco. È inevitabile. Mentre i contatti si separano, il traferro tra di essi è ancora sufficientemente piccolo — micrometri, poi millimetri — che la tensione ionizza l'aria, creando un canale conduttivo di plasma. La corrente continua a fluire attraverso questo arco anche se i contatti meccanici non sono più a contatto.
Affinché l'interruttore isoli veramente il circuito, questo arco deve essere estinto. Ed è qui che CA e CC divergono completamente.
CA: Il Passaggio per lo Zero Naturale
La corrente alternata, come suggerisce il nome, alterna. Un sistema CA a 50 Hz attraversa lo zero di tensione/corrente 100 volte al secondo. Un sistema a 60 Hz attraversa lo zero 120 volte al secondo. Ogni 8,33 millisecondi (60 Hz) o 10 millisecondi (50 Hz), il flusso di corrente inverte direzione — e passa per lo zero.
Al passaggio per lo zero della corrente, non c'è energia che sostiene l'arco. Il plasma si de-ionizza. L'arco si estingue. Se i contatti si sono separati sufficientemente entro il prossimo semi-ciclo, la rigidità dielettrica del traferro (la sua capacità di sopportare la tensione senza riaccensione) supera la tensione del sistema. L'arco non si riaccende. L'isolamento è ottenuto.
Questo è “La Rete di Sicurezza del Passaggio per lo Zero.” I sezionatori per CA possono contare su questa interruzione naturale. Il loro design dei contatti, la distanza del traferro e la geometria della camera di estinzione devono solo garantire che l'arco non si riaccenda dopo il successivo passaggio per lo zero. È un problema di progettazione relativamente permissivo.
CC: Il Problema dell'Arco Perpetuo
La corrente continua non ha passaggi per lo zero. Mai. Una stringa fotovoltaica da 600V CC fornisce 600 volt in modo continuo. Quando i contatti del sezionatore si separano e si forma un arco, quell'arco è sostenuto da energia continua. Non c'è un punto di interruzione naturale. L'arco continuerà indefinitamente finché non accade una di queste tre cose:
- Il traferro tra i contatti diventa sufficientemente ampio da non poter essere più superato dall'arco (richiedendo una separazione fisica molto maggiore rispetto alla CA)
- L'arco viene meccanicamente stirato, raffreddato e soffiato via utilizzando campi magnetici e camere di estinzione
- I contatti si saldano insieme a causa del riscaldamento prolungato, vanificando del tutto lo scopo dell'isolamento
L'opzione 3 è ciò che accade quando si utilizza un sezionatore omologato per CA in servizio CC. La velocità di separazione dei contatti e la distanza del traferro che funzionano bene per la CA — perché il prossimo passaggio per lo zero arriva in 10 millisecondi — sono insufficienti per la CC. L'arco persiste. L'erosione dei contatti accelera. Nel caso peggiore, i contatti si saldano e si perde completamente l'isolamento.
Pro-Tip #2: AC current crosses zero 100 times per second (50 Hz) or 120 times (60 Hz)—each zero-crossing is an opportunity for the arc to extinguish naturally. DC current never crosses zero. This isn’t a minor difference—it’s why DC isolators need magnetic blow-out coils and deep arc chutes that AC isolators don’t.
DC Isolator Design: The Arc Chamber Warrior
Because DC arcs won’t self-extinguish, DC isolators must force extinction through aggressive mechanical means. This is “The Arc Chamber Warrior”—a DC isolator is designed for battle.
Magnetic Blow-Out Coils
Most DC isolators incorporate magnetic blow-out coils or permanent magnets positioned near the contacts. When an arc forms, the magnetic field interacts with the arc current (which is a moving charge), producing a Lorentz force that pushes the arc away from the contacts and into the arc extinction chamber.
Think of it as a magnetic hand that physically shoves the arc away from where it wants to stay. The faster and further you move the arc, the more it cools and stretches, until it can no longer sustain itself.
Arc Chutes (Splitter Plates)
Once the arc is blown into the arc chamber, it encounters arc chutes—arrays of metal plates (often copper) that split the arc into multiple shorter segments. Each segment has its own voltage drop. When the total voltage drop across all segments exceeds the system voltage, the arc can no longer sustain. It collapses.
DC isolators use deeper, more aggressive arc chute designs than AC isolators because they can’t rely on current zero-crossings. The arc must be forcibly extinguished at full current, every time.
High-Silver Contact Materials
DC arcs are brutal on contacts. Sustained arcing at full voltage causes rapid erosion and heating. To withstand this, DC isolators use contact materials with higher silver content (often silver-tungsten or silver-nickel alloys) that resist welding and erosion better than the copper or brass contacts common in AC isolators.
The result? A DC isolator rated for 1000V DC at 32A is physically larger, heavier, more complex, and costs 2-3× more than a similarly rated AC isolator. This isn’t arbitrary pricing—it’s the engineering cost of forcing arc extinction without a zero-crossing.
Pro-Tip #3: For photovoltaic systems, always verify the isolator’s DC voltage rating exceeds your string’s maximum open-circuit voltage (Voc) at lowest expected temperature. A 10-panel string of 400W modules can reach 500-600V DC at -10°C—exceeding many “DC-capable” isolators.
AC Isolator Design: Riding the Zero-Crossing
AC isolators are, by comparison, simple. They don’t need magnetic blow-out coils (though some include them for faster interruption). They don’t need deep arc chutes. They don’t need exotic contact materials.
Why? Because the zero-crossing does most of the work. The AC isolator’s job isn’t to forcibly extinguish the arc—it’s to ensure the arc doesn’t re-strike after the natural zero-crossing interruption.
- Sufficient gap distance: Typically 3-6mm for low-voltage AC, depending on voltage and pollution degree
- Basic arc containment: Simple insulating barriers to prevent arc tracking across surfaces
That’s it. AC isolators rely on the waveform to do the heavy lifting. The mechanical design just has to keep up.
The Voltage Derating Penalty
Here’s a surprise that catches many engineers: if you dovere use an AC-rated isolator for DC (which you shouldn’t, but hypothetically), its DC voltage capacity is dramatically lower than its AC rating. This is “The Voltage Derating Penalty.”
A typical pattern:
- 690V AC rated → approximately 220-250V DC capacity
- 400V AC rated → approximately 150-180V DC capacity
- 230V AC rated → approximately 80-110V DC capacity
Why such severe derating? Because DC arc voltage is fundamentally different from AC arc voltage. Manufacturers account for this by dramatically reducing the DC voltage rating.
For solar PV applications, this is “The PV String Trap.” A common 400W solar panel has an open-circuit voltage (Voc) of approximately 48-50V at STC. String 10 panels together: 480-500V. But Voc increases at lower temperatures. A 400V AC isolator with a 180V DC rating? Completely inadequate.
Pro-Tip #4: Isolators are designed for no-load or minimal-load switching—they’re maintenance disconnects, not overcurrent protection.
DC vs AC Isolator: Key Specifications Compared
| Specifica | Isolatore CA | Isolatore CC |
|---|---|---|
| Meccanismo di Estinzione dell'Arco | Natural current zero-crossing (100-120 times/sec) | Forced mechanical extinction (magnetic blow-out + arc chutes) |
| Contact Gap Required | 3-6mm (varies by voltage) | 8-15mm (larger gap for same voltage) |
| Arc Chute Design | Minimo o nessuno | Deep splitter plates, aggressive geometry |
| Magnetic Blow-Out | Optional (for fast interruption) | Mandatory (permanent magnets or coils) |
| Materiale di contatto | Copper, brass, standard alloys | High silver content (Ag-W, Ag-Ni alloys) |
| Voltage Rating Example | 690V AC | 1000V DC or 1500V DC |
| Current Rating Example | 32A, 63A, 125A typical | 16A-1600A (wider range for PV/ESS) |
| Applicazioni Tipiche | Motor control, HVAC, industrial AC distribution | Solar PV, battery storage, EV charging, DC microgrids |
| Standard | IEC 60947-3:2020 (AC utilization categories) | IEC 60947-3:2020 (DC utilization categories: DC-21B, DC-PV2) |
| Size & Weight | Compact, lightweight | Larger, heavier (2-3× size for same current rating) |
| Costo | Lower (baseline) | 2-3× more expensive |
| Arc Duration on Opening | <10ms (to next zero-crossing) | Continuous until mechanically extinguished |
Il risultato principale: The “2-3× cost penalty” for DC isolators isn’t price gouging—it reflects the fundamental physics tax of extinguishing arcs without zero-crossings.
When to Use DC vs AC Isolators
The decision isn’t about preference or cost optimization—it’s about matching the isolator’s arc extinction capability to your system’s current type.
Use DC Isolators For:
1. Solar Photovoltaic (PV) Systems
Every solar array DC string requires isolation between the array and the inverter. String voltages commonly reach 600-1000V DC. Look for IEC 60947-3 DC-PV2 utilization category specifically designed for PV switching duty.
2. Battery Energy Storage Systems (ESS)
Battery banks operate at DC voltages ranging from 48V to 800V+. Isolation is required between battery modules and inverters.
3. EV Charging Infrastructure
DC fast chargers deliver 400-800V DC directly to vehicle batteries.
4. DC Microgrids and Data Centers
Data centers increasingly use 380V DC distribution to reduce conversion losses.
5. Marine and Rail DC Distribution
Ships and trains have used DC distribution (24V, 48V, 110V, 750V) for decades.
Use AC Isolators For:
1. Motor Control Circuits
Isolation for AC induction motors, HVAC systems, and pumps.
2. Building AC Distribution
Isolation for lighting panels and general building loads.
3. Industrial AC Control Panels
Machine control cabinets with Contattori CA and PLCs.
The Critical Rule
If your system voltage is DC—even 48V DC—use a DC-rated isolator. The arc physics don’t care about voltage level; they care about waveform type. A 48V DC arc can still sustain and cause contact welding in an AC-only switch.
Selection Guide: 4-Step Method for DC Isolators
Step 1: Calculate Maximum System Voltage
Per Solar PV: Calculate string Voc at lowest expected ambient temperature. Voc increases approximately 0.3-0.4% per °C below 25°C.
- Example: 10-panel string, Voc = 49V/panel at STC. At -10°C: 49V × 1.14 (temp factor) × 10 panels = 559V DC minimum isolator rating
Pro-Tip: Always spec isolator voltage rating at least 20% above calculated maximum system voltage for safety margin.
Step 2: Determine Current Rating
Per Solar PV: Use string short-circuit current (Isc) × 1.25 safety factor.
Step 3: Verify Utilization Category
Check the datasheet for IEC 60947-3 utilization category: DC-21B for general DC circuits, DC-PV2 specifically for photovoltaic DC switching.
Step 4: Confirm Short-Circuit Rating (If Applicable)
Most isolators are designed for no-load or minimal-load switching. For regular load switching or fault interruption, specify a DC circuit breaker instead.
Pro-Tip #5: DC isolators cost 2-3× more than equivalent AC isolators because they require fundamentally different contact materials, magnetic blow-out systems, and deep arc extinction chambers.
Conclusion: Physics Isn’t Optional
The difference between DC and AC isolator switches isn’t a matter of ratings, cost, or preference. It’s physics.
AC isolators rely on “La Rete di Sicurezza del Passaggio per lo Zero”. DC isolators face “The Endless Arc Problem”. The arc will sustain indefinitely unless the switch forces extinction through magnetic blow-out coils and deep arc chutes.
When you spec an isolator for a solar PV string or battery storage, you’re selecting an arc extinction system. Use the wrong one, and you risk sustained arcing and fire. The rule is simple: If your voltage is DC, use a DC-rated isolator.
Physics isn’t negotiable. Choose accordingly.
Need help selecting DC isolators for your solar PV or battery storage project? Contact our application engineering team for technical guidance on IEC 60947-3 compliant DC switching solutions.
