ITE_Elementi di Impianti Elettrici 2 - e

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CORSO BASE
IMPIANTI ELETTRICI
MODULO 4 – CADUTE DI TENSIONE, SOVRACORRENTI E
PROTEZIONE DAI CONTATTI INDIRETTI –
QUADRI ELETTRICI
Vesione 3.0 / 2010
Corso di Base di Impianti Elettrici
Ing. Stefano ELIA e Ing. Stefano PASQUALINI
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DIMENSIONAMENTO DEI CAVI
Nel dimensionamento di un impianto elettrico, ha un ruolo determinante la
scelta dei cavi e delle relative protezioni. Per definire i due componenti sopra
citati si può utilizzare il seguente schema
operativo utilizzato in queste dispense.
Bisogna partire dal calcolo delle correnti d’impiego delle condutture (IB).
Per giungere alla determinazione di questi valori si parte da una prima
analisi riguardante il censimento e la disposizione topografica dei carichi;
questa prima analisi permette di identificare i coefficienti di utilizzazione e di
contemporaneità dei carichi e di determinare le potenze e quindi le correnti che
le condutture devono portare.
Si passa poi al dimensionamento dei cavi a portata, tenendo conto delle
modalità di posa e delle caratteristiche costruttive dei cavi, quindi si procede
con la verifica della caduta di tensione ammessa e con il calcolo della corrente
di cortocircuito presunta ai vari livelli.
La scelta degli interruttori automatici è fatta in base alla corrente
d’impiego delle condutture da proteggere e al livello di cortocircuito nel punto
in cui sono installati e la la scelta degli interruttori automatici può anche essere
influenzata da esigenze di selettività.
Le
verifiche
di
congruenza
interruttore/cavo
possono
essere
così
sintetizzate:
1-verifica della protezione contro il cortocircuito massimo, confrontando
l’energia specifica passante dell’interruttore automatico (I2t) con l’energia
specifica ammissibile del cavo (K2S2),
2- verifica della protezione contro i cortocircuiti a fondo linea. Il confronto
tra la corrente di cortocircuito minima a fondo linea (Iccmin) e la soglia di
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-3intervento istantaneo Im dell’interruttore è necessario solo in presenza di
sganciatore solo magnetico o termico sovradimensionato (ad esempio circuiti di
sicurezza),
3- verifica della protezione contro i contatti indiretti, confrontando le
caratteristiche di intervento del dispositivo di protezione (soglie di intervento
istantaneo Im o differenziale I∆n) con la corrente di guasto a terra Id; questa
verifica cambia in funzione del modo di collegamento a terra (TT, TN e IT) e
delle condizioni di installazione. Per quest'ultima verifica consultare il capitolo
relativo alla protezione delle persone.
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SCELTA
DELLA
POTENZA
DI
UN
IMPIANTO
E
DELLA
DISTRIBUZIONE DELLO STESSO
Nell’impostare un progetto la prima cosa da fare per i dimensionamenti è
una
lista
delle
utenze
con
i
corretti
coefficienti
di
utilizzazione
e
contemporaneità.
Scegliere la posizione dei quadri e definire uno schema a blocchi:
QEG - QUADRO ELETTRICO GENERALE
P [Kw]
Prese area notte e spazio attività grandi
Prese area notte e spazio attività medi
Prese area notte e spazio attività piccoli
Prese disimpegno e corridoio, servizi portone citofono
Prese stanza funzionario
Bagni piano terra
Linea pompe di calore n°1
Linea pompe di calore n°2
Luci area notte e spazio attività grandi
Luci area notte e spazio attività medi
Luci area notte e spazio attività piccoli
Quadro elettrico seminterrato QED1
TOTALE POTENZA UTILIZZATA [kW]
TOTALE CORRENTE ASSORBITA[A]
Ku*Kc
Pimp
3
0,2
0,6
3
0,2
0,6
3
0,2
0,6
0,5
0,1
0,05
3
0,7
2,1
0,5
0,3
0,15
3,3
0,8
2,64
3,3
0,8
2,64
0,432
1
0,432
0,27
1
0,27
0,27
1
0,27
7
1
7
17,352
27,86
La potenza assorbita è calcolata riportando su apposita tabella i dati
relativi a ciascuna utenza considerando che per i motori la potenza fornita dal
costruttore è normalmente la potenza resa. In questo caso la corrente
assorbita sarà ricavabile dalla seguente relazione:
Dove:
Pn = potenza nominale resa;
Un = tensione nominale;
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-6h = rendimento del motore;
cosfi = fattore di potenza del motore.
Nei casi generali la corrente assorbita è pari a:
Da un’analisi dell’impianto si rileva che non sono installati azionamenti di
macchine in corrente continua, inverter o altre particolari apparecchiature
elettroniche per cui si ritiene di poter escludere la presenza sulle linee di
componenti armoniche (in presenza di armoniche i conduttori potrebbero
essere sovraccaricati in modo significativo ed in particolare il conduttore di
neutro in alcuni casi potrebbe essere caricato anche più delle singole fasi).
Il passaggio successivo è quello di scegliere il tipo di distribuzione da
adottare e quindi tipologia e sezione cavi.
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Quindi va fatto un corretto coordinamento tra cavi ed interruttori da cui
discende lo schema dei quadri elettrici.
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Caduta di tensione
La Norma CEI 64.8 raccomanda una caduta di tensione tra l’origine
dell’impianto elettrico e qualunque apparecchio utilizzatore non superiore in
pratica al 4% della tensione nominale dell’impianto. In un impianto di forza
motrice una caduta di tensione superiore al 4% può essere eccessiva per le
seguente ragionie:
il corretto funzionamento, in regime permanente, delle utenze è generalmente
garantito per tensioni comprese tra il ± 5% della tensione nominale;
di tensione [V] può essere determinato mediante la seguente formula:
∆U = K . IB . L . (r . cos Ԅ + x . sen Ԅ)
dove:
IB [A] è la corrente nel cavo,
k è un fattore di tensione pari a 2 nei sistemi monofase e bifase e e nei sistemi
trifase,
L [km] è la lunghezza della linea,
r [Ω/km] è la resistenza di un chilometro di cavo,
x [Ω/km] è la reattanza di un chilometro di cavo,
Un [V] è la tensione nominale dell’impianto,
cosԄ è il fattore di potenza del carico.
In percentuale la formula assume il seguente aspetto:
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- 10 Esempio
In un impianto del tipo in figura occorre effettuare una verifica della
caduta di tensione della partenza in cavo, la cui sezione è stata dimensionata a
portata.
Il dimensionamento a portata ha condotto ad una sezione di 50 mm2.
È imposta una caduta di tensione del 2%.
Dalla tabella della resistenza e reattanza specifica dei cavi si ha:
S = 50 mm2, cavo multipolare,
r = 0,483 Ω/km,
x = 0,0779 Ω/km.
Calcoliamo ora la caduta di tensione con la formula (NB: la lunghezza del
cavo deve
essere in km):
∆U = K . IB . L . (r . cos
+ x . sen
) = 8,52 V
Utilizzando quindi la formula della caduta di tensione percentuale si
ottiene:
essendo ∆u% > del 2% occorre scegliere una sezione superiore:
S = 70 mm2, cavo multipolare,
r = 0,334 Ω/km,
x = 0,0751 Ω/km.
Utilizzando questi dati otteniamo quindi:
∆U = k . lB . L . (r . cos
+ x . sen
) = 6 V,
La caduta di tensione risulta verificata (<2%).
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- 11 La sezione adottata è dunque 70 mm2 in cavo multipolare
In seguito si riportano alcune tabelle che forniscono i valori di ∆U% per diversi
valori del fattore
potenza, nelle seguenti ipotesi:
1- tensione nominale: 400 V;
2- lunghezza cavo: 100 m;
3- cavi unipolari conformi alle tabelle UNEL 35023-70;
4- distribuzione trifase.
La ∆U% effettiva del cavo si ottiene nel seguente modo:
∆U%eff = ∆U%tab x (L/100) x (Ib/Ibtab)
dove:
• L [m] è la lunghezza della linea,
• Ib è la reale corrente d’impiego della linea Ibtab è il valore nella prima
colonna della tabella immediatamente superiore a Ib, ∆U%tab è il valore
di caduta di tensione percentuale fornito dalla tabella in corrispondenza
di Ibtab.
Nota: In caso di distribuzione monofase, moltiplicare il valore in
tabella per 2.
Nel caso di più conduttori in parallelo per fase si considera il valore di ∆U% in
corrispondenza della sezione del singolo conduttore, ad una corrente pari a
Ib/n° conduttori in parallelo.
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Protezione contro i sovraccarichi in Bassa Tensione
La norma CEI 64.8 richiede che, per la protezione contro le correnti di
sovraccarico, si debbano rispettare le due condizioni seguenti:
a)
Ib ≤ In ≤ Iz
b)
If ≤ 1,45xIz
dove:
Ib:
In:
Iz:
If:
Corrente d’impiego;
Corrente nominale del dispositivo di protezione;
Portata della conduttura;
Corrente di sicuro intervento dell’interruttore.
in riferimento alle effettive condizioni di funzionamento.
Praticamente si deve determinare la sezione di cavo che abbia la portata
effettiva superiore a In, If è la corrente di sicuro funzionamento del dispositivo
di protezione.
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- 15 Il coordinamento tra un cavo ed un interruttore automatico deve quindi
iniziare dalla scelta di un interruttore automatico che abbia una corrente
nominale superiore alla corrente di impiego della conduttura riservandosi poi di
scegliere un cavo di portata adeguata.
Per quando riguarda il rispetto della seconda condizione nel caso di
interruttori automatici non è necessaria alcuna verifica, in quanto la corrente di
funzionamento è rispettivamente:
- 1,45 In per interruttori per uso domestico conformi alla norma CEI 23-3;
-
1,3 In per interruttori per uso industriale conformi alla norma CEI EN
60947-2.
Tale verifica è indispensabile quando il dispositivo di protezione è un
fusibile.
Il metodo utilizzato in queste dispense prende come riferimento la
pubblicazione CEI-UNEL 35024/1 per quanto riguarda le pose non interrate e la
pubblicazione CEI-UNEL 35026 per le pose interrate.
osservazioni: la corrente di funzionamento del fusibile è pari a 1,6 volte la
sua corrente nominale.
Per tale motivo la portata della conduttura protetta da sovraccarico (a pari
condizioni di utilizzazione) sarà differente a secondo del tipo di protezione
adottato
(interruttore automatico oppure fusibile) e del relativo rapporto tra la corrente
di funzionamento e la corrente nominale.
1- Interruttore per uso industriale
If = 1,3 x In In ≤ Iz;
2- interruttore per uso domestico o similare
If = 1,45 x In In ≤ Iz;
3- fusibile (con In > 4A)
If = (1,6 ÷ 1,9) x In In ≤ (0,9 ÷ 0,76) x Iz.
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- 16 L’interruttore automatico permette di sfruttare totalmente la portata ammessa
dalla conduttura.
Si fa notare che per la protezione delle linee di alimentazione del quadro di
controllo delle pompe del sistema antincendio la norma UNI 9490 prevede
l’utilizzo di fusibili allo scopo di garantire il non intervento della protezione in
caso di sovraccarico.
In conclusione le soluzioni previste dalla norma CEI 64-8,come l’utilizzo di
interruttori automatici, sono ammesse con le raccomandazioni di non
proteggere il circuito contro il sovraccarico e di prevedere un sistema di
segnalazione del sovraccarico in atto.
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Protezione contro il cortocircuito
Protezione dei cavi a inizio linea e a fondo linea.
I valori di K indicati in tabella sono validi per cortocircuiti di durata inferiore a 5
secondi, per i quali si considera che il riscaldamento dei conduttori avvenga
senza trasmissione di calore all’isolante ed alle parti circostanti (riscaldamento
adiabatico dei conduttori).
Energia specifica ammissibile dei cavi
La tabella seguente indica le sollecitazioni termiche ammissibili K2S2 per i cavi
secondo l’isolante, il materiale conduttore e la sezione. I valori di K sono tratti
dalla norma CEI 64-8.
Gli stessi valori di K2S2 per i soli cavi in rame isolati in PVC ed EPR/XLPE sono
indicati anche a fianco delle curve di limitazione dell’energia specifica passante
che ogni casa costruttrice deve rilasciare.
Esempio 1
In una rete trifase a 400 V, un cavo Cu/PVC di sezione 1,5 mm2 può essere
protetto
da un C60L Marlin Gerin di corrente nominale 16A se nel punto di installazione
il livello
di cortocircuito è 20 kA?
Risposta: L’energia specifica lasciata passare dal C60L in corrispondenza di
una corrente di cortocircuito di 20 kA è pari a 7.104 A2s (vedasi curva di
limitazione I2t a pag. 101); questo valore è superiore all’energia specifica
ammissibile del cavo
con sezione 1,5 mm2. Bisognerà usare un cavo di sezione 2,5 mm2.
costante K conduttore rame alluminio
isolante PVC 115 74
EPR/XLPE 143 87
Valori di K2S2 [A2s]
L’interruttore automatico deve poter intervenire correttamente fino al proprio
potere d’interruzione estremo Icu riferito alla sua tensione d’impiego Ue . Il
potere d’interruzione di servizio Ics è normalmente inferiore a quello estremo
in modo che sia possibile mantenere in esercizio l’interruttore anche dopo un
primo cortocircuito. Oltre a questo l’interruttore deve garantire anche la
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- 19 limitazione delle sollecitazioni da cortocircuito. La limitazione dipende
fondamentalmente dai tempi d’interruzione. La somma del tempo di pre-arco (
tempo che intercorre tra l’insorgere del guasto e il distacco dei contatti) e di
quello d’arco (tempo necessario ad estinguere l’arco). Il tempo di pre-arco è
fondamentale ai fini della limitazione delle sollecitazioni elettrodinamiche di
cortocircuito in quanto la corrente di picco limitata si mantiene a valori
inferiori rispetto a quella normale di cortocircuito. Quando il tempo di pre-arco
è inferiore a 1 ms si può parlare di interruttori limitatori, se invece il tempo è
compreso tra 1 e 4 ms allora sono detti di tipo rapido. Il tempo di pre-arco
influisce anche sulla limitazione dell’energia specifica di cortocircuito (I2t integrale di joule) che è importante per valutare l’attitudine dell’interruttore
alla protezione contro le sollecitazioni termiche (la caratteristica di limitazione
è rilevabile dal grafico della figura). In corrispondenza dell’intervento termico
la caratteristica della curva di limitazione è irregolare in prossimità della
corrente Im di intervento magnetico e non è significativo per correnti fino a 3In
(che corrispondono a tempi di interruzione di circa 3-5 s). Superata la corrente
Im, individuabile sul diagramma dal tratto verticale, il tempo d’interruzione è
praticamente costante e l’energia specifica passante aumenta all’incirca in
funzione del quadrato della corrente di cortocircuito effettivamente interrotta.
Questa caratteristica I2t/Icc è necessaria, come vedremo in altro capitolo, per
la corretta verifica della protezione dei cavi e per valutare il comportamento
selettivo tra interruttori installati in cascata.
Cortocircuito a fondo linea
La protezione contro i sovraccarichi, posta all’inizio della linea e che soddisfa la
relazione In o Ir ≤ IZ, garantisce anche la protezione contro il cortocircuito a
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- 20 fondo linea. La norma CEI 64-8 identifica i casi in cui non è necessario oppure
è raccomandato non proteggere la conduttura dai sovraccarichi.
Quando la protezione contro i sovraccarichi non è presente oppure è
sovradimensionata, la stessa norma prescrive che l’intervento della protezione
contro il cortocircuito debba essere verificato anche in caso di cortocircuito a
fondo linea.
Nota: la sezione della derivazione deve essere comunque protetta contro il
cortocircuito inizio
linea.
77
Protezione per cortocircuito a fondo linea
Nei casi in cui venga a mancare la protezione contro il sovraccarico la norma
richiede di verificare l’intervento della protezione magnetica in caso di
cortocircuito a fondo linea.
In questo caso la verifica da eseguire, indicata dalla norma CEI 64-8, è la
seguente Iccmin ≥ Im
Il calcolo della corrente minima si può ottenere nei modi seguenti:
Legenda dei simboli:
ICCmin = valore della corrente di cortocircuito presunta in fondo alla linea. In
caso di circuito trifase
con neutro la corrente corrisponde alla ICC-FN, in caso di assenza del neutro la
corrente corrisponde alla ICC-2F
Im = soglia di intervento della protezione magnetica
U (V) = tensione nominale del circuito (concatenata)
UO (V) = tensione nominale verso terra del circuito (di fase)
0,8 = fattore che tiene conto della riduzione di tensione di alimentazione,
durante il cortocircuito,
a monte della conduttura protetta
SF = sezione del conduttore di fase
1,5 = fattore che tiene conto dell’aumento del 50% della resistenza del
circuito, rispetto al valore
a 20°C, dovuta al riscaldamento del conduttore durante il cortocircuito
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- 21 ρ = resistività a 20°C del materiale conduttore
L = lunghezza della conduttura protetta
m = rapporto tra la sezione del conduttore di fase e la sezione del conduttore
di neutro quando
i due conduttori sono realizzati con lo stesso materiale conduttore
KX = fattore riduttivo della corrente di cortocircuito che tiene conto della
componente induttiva
dell’impedenza del cavo che costituisce la conduttura da proteggere. Per
sezioni non superiori
a 95mm2 l’errore non è sensibile.
Utilizzando le formule della pagina precedente è possibile determinare la
tabella delle lunghezze massime protette dei cavi in funzione dei valori di
corrente di regolazione magnetica.
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Protezione contro i corto circuiti (Norme CEI 64-8/4 cap. 434)
Tutti i dispositivi e le apparecchiature hanno un potere d’interruzione uguale o
superiore alla corrente di cortocircuito del punto di installazione, onde evitare
l’insorgere di pericoli per gli effetti termici e meccanici nei conduttori e relative
connessioni.
L’energia specifica passante (I²t) lasciata fluire dagli organi di protezione
dovrà essere inferiore al K² S² della conduttura.
Si soddisferà cosi la seguente condizione:
(I²t) ≤ K² S²
dove:
(I²T):
Integrale di Joule per la durata del c.to c.to (in A²s);
S:
Sezione dei conduttori (in mm2);
K:
Fattore corrispondente a 115 per i cavi in rame isolati in PVC;
Fattore corrispondente a 135 per i cavi in rame isolati in GOMMA;
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- 23 Fattore corrispondente a 143 per i cavi in rame isolati in EPR e XLPE;
Fattore corrispondente a 115 per i cavi ad isolamento minerale in rame
con guaina esterna in PVC;
Fattore corrispondente a 135 per i cavi ad isolamento minerale in rame
nudo e a portata di mano;
Fattore corrispondente a 200 per i cavi ad isolamento minerale in rame
nudo e non a portata di mano.
Calcolo della corrente di cortocircuito
Determinazione della corrente di cortocircuito Icc in un punto
dell’impianto
La conoscenza delle correnti di cortocircuito in un impianto elettrico è
necessaria per i seguenti scopi:
1- determinare i poteri di interruzione e di chiusura degli interruttori da
installare;
2- verificare la tenuta elettrodinamica dei punti critici dell’impianto (es.
supporti sbarre);
3- verificare la tenuta termica dei cavi;
4- determinare la regolazione dei relé di protezione.
In un impianto elettrico di bassa tensione il guasto trifase è quello che dà luogo
nella maggior parte dei casi ai valori più elevati della corrente di cortocircuito.
Il calcolo delle correnti di cortocircuito si basa sul principio che la corrente di
guasto è uguale a quella attribuibile ad un generatore equivalente, la cui forza
elettromotrice uguaglia la tensione nominale della rete nel punto di guasto, che
alimenti un circuito avente un’impedenza unica equivalente a tutte le
impedenze della rete a monte, comprese tra i generatori ed il punto di guasto
considerato.
Determinazione delle correnti di guasto
Le seguenti indicazioni si riferiscono a guasti che si manifestano a valle di un
trasformatore. Per la valutazione della corrente di cortocircuito a valle di un
punto dell’impianto di cui si conosce la Icc si rimanda a pagina 66.
Guasto trifase
La corrente di cortocircuito trifase è generalmente il valore massimo che si può
avere sugli impianti in caso di alimentazione tramite trasformatore.
Tale corrente si determina nel modo seguente.
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- 24 -
I valori di resistenza e di reattanza comprendono tutti i componenti dal punto
di alimentazione, trasformatore MT/BT, fino al punto di guasto. I valori di
resistenza dei cavi sono relativi ad una temperatura di 20°C (condizione di
cortocircuito alla messa in servizio dell’impianto). Il fattore di tensione previsto
dalla norma CEI 11-25, per tenere conto delle variazioni (+5%) a cui può
essere soggetta la tensione di esercizio dell’impianto in bassa tensione, è c =
1,05.
Guasto bifase
La corrente di cortocircuito dovuta ad un guasto tra due fasi si determina a
partire dal valore di corrente di cortocircuito trifase nel modo seguente.
In prossimità del trasformatore la soglia di intervento di corto ritardo delle
protezioni deve essere tarata al di sotto della corrente di cortocircuito bifase
che può essere inferiore alla corrente di guasto verso terra e di guasto fase
neutro.
Guasto fase-neutro
In caso di guasto monofase la corrente può essere valutata, in qualunque
punto dell’impianto, nel seguente modo.
I valori di resistenza e di reattanza dell’anello di guasto comprendono tutti
i componenti dal punto di alimentazione (trasformatore MT/BT) fino al punto di
guasto. Nel caso si debba determinare la corrente massima per la scelta
dell’interruttore e per la verifica di tenuta del cavo al cortocircuito, i valori di
resistenza devono essere riportati a 20°C e il fattore di tensione deve essere
pari a 1,05. Questa relazione può essere utilizzata anche per valutare la
corrente
di cortocircuito minima a fondo linea quando richiesto dalla norma.
In tale, caso per tenere conto dell’incremento della resistenza dei cavi durante
il guasto, si maggiora il valore delle resistenze con un fattore pari a 1,5 (norma
CEI 64-8). La norma CEI 11-25 indica il fattore di tensione pari a 0,95 previsto
per tenere conto della variazione di tensione (-5%) a cui può essere soggetta
la tensione di esercizio dell’impianto.
Guasto fase-terra
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- 25 Per guasto a terra tra fase e PE, la corrente può essere valutata, in qualunque
punto
dell’impianto, nel seguente modo:
Anche in questo caso i valori di resistenza e di reattanza dell’anello di guasto
comprendono tutti i componenti dal punto di alimentazione (trasformatore
MT/BT) fino al punto di guasto. Questo valore di corrente serve per regolare
correttamente le protezioni in modo che intervengano nei tempi previsti
secondo il sistema di neutro attuato. Durante il guasto la temperatura del
conduttore aumenta a causa della corrente di guasto. Per tenere conto
dell’incremento della resistenza dei cavi si maggiora il valore, determinato a
20°C, con un fattore pari a 1,5 e si applica
il fattore di tensione c = 0,95 per tenere conto della variazione (-5%) a cui è
soggetta la tensione di esercizio dell’impianto. Per la valutazione della corrente
di guasto verso terra mediante il metodo semplificato indicato dalla norma CEI
64-8.
Determinazione dell’Icc a valle di un cavo in funzione dell’Icc a
monte
Per effettuare una valutazione della corrente di cortocircuito all’interno degli
impianti trattati nel presente corso si può fare riferimento alle tabelle di seguito
riportate, conoscendo:
1- la corrente di cortocircuito trifase a monte del cavo;
2- la lunghezza e la sezione del cavo (supposto in rame).
Determinato il valore di corrente di cortocircuito a valle, è possibile
dimensionare correttamente l’interruttore automatico (Pdi > Icc). Se si
desidera ottenere valori più precisi, è possibile effettuare un calcolo
dettagliato.
L’approssimazione
è
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nel
senso
della
maggiore
sicurezza.
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- 26 -
Esempio:
Si consideri la rete rappresentata qui a lato:
cc tensione 400 V;
cc cavo con sezione 50 mm2 in rame e lunghezza 10 m. Procedere sulla riga
relativa
al cavo utilizzato fino a trovare la corrispondente lunghezza approssimata per
difetto
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- 27 (8,8 m);
cc corrente di cortocircuito a monte 28 kA. Identificare la riga corrispondente
alla Icc
a monte approssimata per eccesso (30 kA);
a- determinare la corrente di cortocircuito a valle individuando l'intersezione
tra:
1- la colonna della lunghezza cavo 8,8 m,
2- la riga relativa a Icc a monte 30 kA.
La corrente di cortocircuito a valle è di 24 kA.
Scelta degli interruttori:
Utilizzando apparecchiature marlin gerin si potrebbe scrivere
a- interruttore A: Compact NSX250F TM250D Pdi 36 kA;
b- interruttore B: Multi 9 C60L Pdi 15 kA, con Pdi "rinforzato per filiazione" 30
kA;
c- interruttore C: Compact NSX160B TM160D Pdi 25 kA.
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- 28 -
Protezione contro i contatti diretti
(Norme CEI 64-8/4 cap. 412)
Protezione mediante isolamento delle parti attive:
-
Tutte le parti attive sono completamente ricoperte con isolamento;
-
L’isolamento può essere rimosso solo mediante distruzione dello stesso;
-
L’isolamento dei componenti elettrici costruiti in fabbrica soddisfa le relative
norme.
Protezione mediante involucri o barriere:
- Per gli involucri o le barriere delle parti attive si è assicurato un grado di
protezione >= IP XXB;
- Per le apparecchiature a portata di mano si è assicurato un grado di
protezione >= IP 4X;
- Se è necessario aprire un involucro o rimuovere una barriera per ragioni di
esercizio, occorre rispettare almeno una delle seguenti prescrizioni:
- Uso di chiave o attrezzo speciale da parte di personale addestrato;
- Sezionamento delle parti attive con interblocco meccanico o elettrico;
- Interposizione di una barriera intermedia che impedisca il contatto con le
parti attive.
-Il grado di protezione IP XXB è inteso nel senso che il dito di prova non possa
toccare parti in tensione;
-Il grado di protezione IP 4X è inteso nel senso che il filo di prova (rigido
diam. 1 mm) non possa toccare le parti in tensione.
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- 29 -
Protezione contro i contatti indiretti
Protezione contro i contatti indiretti (bassa tensione)
(Norme CEI 64-8/4 cap. 413)
Sistema TT
Questa tipologia di sistema è caratterizzata da:
- messa a terra del sistema di alimentazione tramite un punto di messa a terra
(generalmente il neutro o una fase);
- collegamento di tutte le masse che devono essere protette da uno stesso
dispositivo ad un unico impianto di terra.
La protezione contro i contatti indiretti deve essere ottenuta mediante
interruzione automatica dell’alimentazione per mezzo di dispositivi di
protezione a corrente differenziale, oppure dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti purché, per entrambi, sia verificata la seguente disequazione:
Ra x Ia ≤ 50
dove:
Ra:
resistenze dell’impianto di terra (condizioni più sfavorevole) in ohm,
Ia: è la corrente che provoca il funzionamento automatico del dispositivo di
protezione, in Ampere.
Al collettore principale di terra saranno collegate:
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9 I conduttori di protezione
9 I conduttori equipotenziali principali
9 Il conduttore di terra
9 Tutte le masse
9 Tutte le masse estranee;
Il polo di terra di tutte le prese a spina.
Quando il dispositivo di protezione è un dispositivo di protezione a corrente
differenziale, Ia è la corrente nominale differenziale Idn.
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- 32 QUADRI ELETTRICI
Il DM 37/08, obbliga l’installatore a redigere la dichiarazione di
conformità relativamente ai lavori svolti. Allegati a tale dichiarazione devono
essere, tra l’altro, le dichiarazioni di conformità dei singoli prodotti alla Norma
relativa ed eventuali marchi. In questo contesto il costruttore del quadro
elettrico diviene il responsabile dell’apparecchiatura e di conseguenza deve
essere in grado di rilasciare una propria dichiarazione di conformità alla relativa
Norma di prodotto.
Le Norme europee di riferimento per i quadri elettrici sono le seguenti:
- CEI EN 60439-1, 3a edizione (CEI 17-13/1) “Apparecchiature assiemate
di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 1:
Apparecchiature di serie soggette a prove di tipo (AS) e apparecchiature non di
serie parzialmente soggette a prove di tipo”.
- CEI EN 60439-2, 1a edizione (CEI 17-13/2) “Apparecchiature assiemate
di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 2: Prescrizioni
particolari per i condotti sbarre”.
- CEI EN 60439-3, 1a edizione (CEI 17-13/3) “Apparecchiature assiemate
di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 3: Prescrizioni
particolari per apparecchiature assiemate di protezione e di manovra destinate
ad essere installate in luoghi dove personale non addestrato ha accesso al loro
uso. Quadri di distribuzione (ASD)”.
- CEI EN 60439-4, 1a edizione (CEI 17-13/4) “Apparecchiature assiemate
di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 3: Prescrizioni
particolari per apparecchiature assiemate per cantiere (ASC)”.
La Norma CEI EN 60439-1, 3a edizione (CEI 17-13/1) contempla le
prescrizioni generali da applicare a tutti i quadri elettrici di bassa tensione.
La Norma suddivide i quadri in due grandi categorie: quadri (o meglio
apparecchiature assiemate) AS e ANS. In particolare:
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- 33 1)
Apparecchiatura AS: apparecchiatura di protezione e manovra
conforme ad un tipo o ad un sistema costruttivo prestabilito senza
scostamenti
tali
da
modificare
in
modo
determinante
le
prestazioni rispetto all’apparecchiatura tipo provata secondo
quanto
prescritto
nella
presente
Norma.
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2) Apparecchiatura ANS: apparecchiatura di protezione e manovra
contenente sia sistemazioni verificate con prove di tipo, sia sistemazioni non
verificate con prove di tipo, purchè queste ultime siano derivate (per esempio
attraverso il calcolo) da sistemazioni verificate che abbiano superato le prove
previste.
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Pertanto, per apparecchiatura di serie (AS), si intende un quadro elettrico
che venga cablato allo stesso modo del prototipo precedentemente provato
secondo tutte le prove di tipo richieste dalla Norma. E’ possibile che due quadri
AS dello stesso modello abbiano particolari diversi a patto che non vengano
modificate quelle parti che potrebbero a loro volta modificare i risultati delle
prove di tipo eseguite sul prototipo.
L’apparecchiatura ANS è invece un quadro che non è stato sottoposto a
tutte le prove di tipo previste dalla Norma; in particolare le prove che
normalmente vengono omesse sono le seguenti: “Verifica dei limiti di
sovratemperatura” (art. 8.2.1 - CEI 17-13/1), “Verifica della tenuta al corto
circuito” (art. 8.2.3 - CEI 17-13/1).
E’ importante sottolineare che, anche per i quadri AS la prova di tenuta al
corto circuito viene omessa quando il valore della corrente di corto circuito (di
breve durata o condizionata) nel punto di installazione non è superiore a 10
kA; detto valore viene elevato a 15 kA se la linea o le linee di alimentazione del
quadro sono protette con interruttori limitatori che, in corrispondenza del loro
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- 37 potere di interruzione nominale, lascino passare una Ipk (corrente di picco)
non superiore a 15 kA.
I quadri di distribuzione per uso domestico e similari sono trattati
dalla norma CEI 23-51, brevemente esposta nel seguito.
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Definizioni.
Si definisce corrente nominale in entrata (Ine) la corrente nominale del
dispositivo di protezione o manovra in entrata (o la somma delle correnti
nominali se il quadro ha più dispositivi in entrata destinati a funzionare
contemporaneamente), moltiplicata per il coefficiente di utilizzazione Ke,
assunto pari a 0,85.
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- 39 La corrente nominale in uscita (Inu) è definita come la somma delle
correnti nominali dei dispositivi di protezione e/o di manovra in uscita destinati
ad essere utilizzati contemporaneamente.
Si definisce corrente nominale del quadro (Inq) il valore più basso tra la
corrente nominale in entrata (Ine) e quella in uscita (Inu).
Limiti di applicazione della Norma.
Per poter applicare la Norma CEI 23-51 è necessario che i quadri per usi
domestici e similari rispondano ai seguenti requisiti:
a) involucro conforme alla Norma CEI 23-49, dichiarato tale dal
costruttore mediante dichiarazione diretta o mediante cataloghi; su tale
involucro deve essere indicata la
potenza massima dissipabile, detta Pinv;
b) corrente nominale in entrata non superiore a 125 A; se il quadro fosse
privo di dispositivi in entrata, la limitazione di 125 A si applicherebbe alla
corrente nominale in uscita.
c) installazione possibile sol in punti in cui la corrente presunta di corto
circuito nominale non superi i 10 kA ameno che tali quadri non siano dotati di
dispositivi limitatori di corrente aventi corrente limitata non superiore a 15 kA
in corrispondenza del loro potere di interruzione nominale.
Classificazioni, prescrizioni.
I quadri per uso domestico e similare vengono suddivisi in due grandi
categorie.
A - Quadri con corrente nominale monofase fino a 32 A. L 'unica
prescrizione per questi quadri è la presenza di una targa, posta anche dietro la
portella, che riporti in maniera indelebile i seguenti dati:
nome o marchio del costruttore;
tipo o altro mezzo di identificazione del quadro;
corrente nominale del quadro;
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- 40 natura della corrente e frequenza;
tensione nominale di funzionamento
grado di protezione.
B - Quadri non compresi tra quelli indicati in A e con corrente nominale
minore di 125 A. Per questi quadri si applicano le seguenti prescrizioni:
devono essere dotati di targa come i precedenti;
deve essere misurata la resistenza di isolamento tra ciascun conduttore
attivo e la massa e tra i conduttori attivi tra loro; la resistenza deve risultare
superiore a 1000 Q/V per ciascun circuito riferita alla tensione nominale verso
terra;
devono essere realizzati assiemando involucri con una potenza
massima dissipabile:
Pinv minore di Ptot
dove: Ptot è la potenza totale dissipata nel quadro.
devono essere corredati da una relazione che riporti i calcoli della
potenza dissipata.
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- 41 -
Una parte degli infortuni, purtroppo spesso mortali, sono causati dalla non
corretta esecuzione “a regola d’arte” degli impianti elettrici soprattutto nei
cantieri q quindi vanno sottolineati aspetti quali quello dei quadri di cantiere.
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- 42 L’impianto elettrico di cantiere è l’insieme dei componenti elettrici, ubicati
all’interno del recinto di cantiere, tra loro elettricamente associati in modo da
rendere disponibile l’energia elettrica a tutti gli apparecchi utilizzatori del
cantiere. L’impianto trae origine dal punto di allacciamento della linea di
alimentazione del quadro generale di cantiere. Questo coincide con il punto di
fornitura o, nei casi in cui l’alimentazione è derivata da un impianto esistente,
con i morsetti dell’interruttore immediatamente a monte della linea di cantiere.
I componenti di maggior rilevanza dell’impianto di cantiere sono:
- i cavi e le condutture;
- le prese a spina, gli avvolgicavi e le prolunghe;
- l’impianto di terra;
- i quadri ASC.
Questi ultimi, costituiscono il cuore dell’impianto perché contengono tutti i
necessari dispositivi di manovra e protezione, nonché le prese a spina e le
necessarie connessioni elettriche e meccaniche che di fatto costituiscono le
partenze delle varie linee elettriche del cantiere. Tutti i quadri per cantiere
devono essere di tipo AS (vedasi box) e in particolare soddisfare i requisiti
della norma europea Cei En 60439-4, la quale prevede che i quadri per
cantiere abbiano tutti gli apparecchi posti all’interno di un involucro munito di
pannelli asportabili, di pannelli di copertura o di portine tali da consentire la
connessione dei cavi e la manutenzione, con la sola eccezione di eventuali
prese a spina, manopole e pulsanti di comando che possono essere accessibili
senza l’uso di una chiave o di un attrezzo.
Il grado minimo di protezione deve essere non inferiore a IP44 a quadro
chiuso e non inferiore a IP21 a porta aperta, quando si accede ai comandi. I
dispositivi per l’entrata dei cavi devono essere specificati dal costruttore e le
uscite dei cavi devono essere ubicate a una distanza minima dal suolo
compatibile con il raggio di curvatura del cavo più grande che possa essere
collegato. I terminali per conduttori esterni devono consentire che tutte le
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- 43 connessioni siano effettuabili più volte oppure devono essere costituiti da prese
a spina, con corrente nominale di almeno 16 A.
Le spine aventi valori di corrente o di tensione nominale diversi tra loro,
non devono essere intercambiabili, onde evitare errori e le connessioni per le
prese a spina trifase devono essere realizzate in modo da rispettare lo stesso
ordine delle fasi.
La sezione di ogni conduttore di protezione all’interno del quadro, che non
faccia parte di un cavo, non deve essere inferiore a 2,5 mm2. In uno stesso
involucro possono essere installati solo apparecchi aventi la medesima
sorgente di alimentazione.
Il quadro per cantiere può essere di tipo trasportabile o semifisso; in tal
caso la sua collocazione può variare durante il lavoro nello stesso cantiere,
spostamento che può essere effettuato solo dopo aver posto fuori tensione il
quadro, oppure di tipo mobile, quando cioè può essere spostato in dipendenza
dell’avanzamento del lavoro del cantiere senza essere posto fuori tensione.
Nello specifico, le tipologie di quadri ASC previste per l’installazione nei
cantieri sono le seguenti:
- quadro di alimentazione di entrata e di misura: è destinato alla
connessione alla rete pubblica e in esso sono contenuti gli strumenti per la
misura dell’energia consumata;
- quadro di distribuzione principale: la sua collocazione è immediatamente
a valle del quadro di alimentazione ed è costituito da un’unità di entrata
(provvista di un dispositivo di sezionamento) e da una o più unità di uscita che,
a loro volta, possono essere costituite da uno o più circuiti.
- quadro di distribuzione: può essere derivato sia direttamente dal quadro
di alimentazione di entrata sia da quello di distribuzione principale. È destinato
alla distribuzione dell’energia elettrica per l’illuminazione, per la forza motrice e
per l’alimentazione di eventuali quadri secondari e/o macchine di cantiere;
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- 44 - quadro di trasformazione: è composto da un’unità contenente l’unità di
trasformazione bassa/bassissima tensione (BT/Felv o BT/Selv) e da una o più
unità di trasformazione bassa/bassa tensione. Tutte le prese a spina che fanno
capo a questo quadro devono essere protette con interruttore differenziale con
Idn ≤ 30 mA;
- quadro di distribuzione finale: ad esso vanno collegati gli utensili elettrici
portatili e le altre apparecchiature di cantiere. La corrente nominale deve
essere inferiore a 125 A e la protezione contro i contatti indiretti deve essere
assicurata da un interruttore differenziale con Idn = 30 mA;
- quadro di prese a spina: può essere mobile o trasportabile e tutte le
unità sono costituite da sole prese a spina.
È necessario che ciascuna presa a spina sia protetta contro il sovraccarico
e inoltre le prese a spina devono essere protette (anche a gruppi non superiori
a 6 prese a spina) da un interruttore differenziale. Da ultimo si ricorda che i
quadri per cantiere, analogamente a tutte le altre tipologie di quadri elettrici,
devono essere corredati da una o più targhe indelebili e visibili a quadro in
opera, sulle quali devono essere riportate le seguenti informazioni:
- il nome del costruttore o il marchio di fabbrica;
- il tipo o il numero di identificazione; - la norma di riferimento;
- il grado di protezione IP;
- il valore nominale della corrente e la sua natura;
- le tensioni nominali di funzionamento e di impiego;
- il peso (se superiore a 50 kg).
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- 45 RIEPILOGO SUL GRADO DI PROTEZIONE DEGLI INVOLUCRI
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