IL SERVIZIO ELETTRICO

 Fondamenti di Economia Aziendale e Impiantistica Industriale
Politecnico di Milano
II Facoltà di Ingegneria di Milano
IL SERVIZIO ELETTRICO
Riccardo Mogre
Dipartimento di Ingegneria Gestionale
e-mail: [email protected]
1
Servizio Elettrico: introduzione
1)
Premessa
2)
Dimensionamento dell’impianto elettrico
3)
Rifasamento
4)
Correnti di corto circuito
5)
Protezioni degli impianti e degli operatori
6)
Conclusioni
2
Servizio Elettrico:dimensionamento
a) rilievo delle potenze di targa delle macchine
b) determinazione delle potenze assorbite dai servizi
(es. illuminazione, condizionamento, depurazione
acque, ecc.)
c) rilievo delle tensioni di alimentazione delle utenze
d) stima della potenza effettivamente richiesta
e) determinazione della potenza installata
f) scelta del tipo di distribuzione (cabine di
trasformazione e loro collegamento)
g) dimensionamento dei cavi di collegamento
3
Servizio Elettrico:dimensionamento
rilievo delle potenze di targa delle macchine e dei servizi
D ensità di carico
[V A /m 2 ]
Tipo di indu stria
Zucch erificio
160
Cartiera
125
Fabbrica tessile
110
O fficin a m eccan ica
Tipo di industria
65
Energia [kWh]
Unità
1050
1 unità
220
1 ton
300 - 350
1 ton
Scarpe
470
1000 paia
Carta
475
1 ton
Automobile
Acciaio (lingotti)
Acciaio (laminato)
4
Servizio Elettrico:dimensionamento
rilievo delle tensioni di alimentazione delle utenze
•ENEL fornisce a bassa tensione (220/380 V)
se potenza complessiva < 100 ÷ 150 kW
•ENEL fornisce a media tensione (da 3 a 20 kV)
se potenza complessiva > 150 kW fino a
parecchi MW
•ENEL fornisce in alta tensione (60 kV, 120 kV)
se potenza complessiva ancora superiore
5
Servizio Elettrico:dimensionamento
stima della potenza effettivamente richiesta
Fattore di contemporaneità
coefficiente riduttivo della potenza
complessiva installata poiché solitamente le
utenze non funzionano tutte
contemporaneamente
Fattore di utilizzo
coefficiente riduttivo poiché utenze non
assorbono continuativamente la potenza di
targa
6
Servizio Elettrico:dimensionamento
Motore asincrono trifase
Motore asincrono trifase chiuso e
ventilato esternamente
Potenze 2 poli: da 0,09 a 37kW
Potenze 4 poli: da 0,06 a 22kW
www.cimamotori.com
7
Servizio Elettrico:dimensionamento
stima della potenza effettivamente richiesta
Valori indicativi dei fattori di utilizzo e di contemporaneità
Utenze
Forni a
Forni a
÷2
Motori 0,5÷
Motori
Motori
resistenza,
induzione
kW
÷ 10 kW
2,5÷
÷ 30 kW
10,5÷
kW
1
0,7
0,8
0,8
0,8
(5 unità)
0,9
(2 unità)
0,9
(4 unità)
0,45
(4 unità)
0,4
(1 unità)
0,7
(5 unità)
0,8
(8 unità)
0,4
(10 unità)
0,2
(2 unità)
0,7
0,3
(15 unità) (20 unità)
0,15
(4 unità)
Motori >30 Raddrizzator
Saldatrici
Carroponti e
i
elettriche
montacarichi
1
1
0,8
essiccatoi,
caldaie
Fattore di
utilizzo
1
1
Fattore di
contemporaneità
1
1
0,6
0,7
(10 unità) (10 unità)
0,5
0,6
0,65
(20 unità) (20 unità) (10 unità)
0,4
0,45
0,5
0,6
(50 unità) (50 unità) (20 unità) (10 unità)
8
Servizio Elettrico:dimensionamento
stima della potenza effettivamente richiesta
esempio
Applicazione
Capannone con 10 motori da 20 kW
Da tabelle con i valori indicativi dei fattori di
contemporaneità e di utilizzo si ricava:
fattore di contemporaneità = 0,65
fattore di utilizzo = 0,8
9
Servizio Elettrico:dimensionamento
scelta del tipo di distribuzione
note le utenze occorre determinare i gruppi serviti da ogni cabina di trasformazione
economie di scala
fattore di
contemporaneità
poche cabine
CENTRALIZZAZIONE
N.B. Trasf. in B.T.
hanno massimo
rendimento a
1000kVA
VS
FRAZIONAMENTO
costi di distribuzione
limitazione correnti
di corto circuito
molte cabine
10
Servizio Elettrico:dimensionamento
scelta del tipo di distribuzione
UTENZE
380 V
20k/380
UTENZE
3000 V
20k/3000
FRAZIONAMENTO
CABINA DI
ARRIVO
20 kV
CENTRALIZZAZIONE
UTENZE
380 V
UTENZE
3000 V
ARRIVO
20 kV
CABINA DI
TRASFORMAZIONE
11
Servizio Elettrico:dimensionamento
scelta del tipo di distribuzione
Cabina di arrivo MT/BT
www.cabineelettriche.it
Cabine di trasformazione MT/BT
www.didonatosrl.it
12
Servizio Elettrico:dimensionamento
scelta del tipo di distribuzione
scelta collegamento tra cabina di arrivo e cabine secondarie
minori costi di investimento
maggiori costi di inefficienza (mancato servizio)
RADIALE
VS
se interruzione di 1 linea la
continuità di servizio è garantita (maggior
efficienza)
AD ANELLO
maggiori costi di investimento
(sezione e lunghezza cavi, interruttori e sezionatori)
13
Servizio Elettrico:dimensionamento
scelta del tipo di distribuzione
UTENZE
UTENZE
C
C
RADIALE
CABINA di ARRIVO
UTENZE
UTENZE
C
C
AD ANELLO
CABINA di ARRIVO
14
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
Cavi a media tensione unipolari con conduttore rigido a
corda compatta LS0H per elevate prestazioni
www.generalcavi.com
15
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
VERIFICHE :
termica
a caduta di tensione
"economica"
16
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica termica
IL PROBLEMA: LA DISSIPAZIONE DEL CALORE E IL SURRISCALDAMENTO DEI CAVI
In teoria: ∆Tmax=K*Q, dove Q=RI2 (potenza dissipata misurata in
W/m) e K=“resistenza termica del cavo”. In pratica, la rilevazione di
K è estremamente complessa perché legata a molti fattori.
In pratica: in base al tipo di messa in opera (cavi interrati, dentro
tubo, fissati a parete, ecc.) i costruttori indicano la corrente max per
ogni tipologia di cavo
Generalmente è la condizione più restrittiva per cavi di lunghezza
limitata
17
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica a caduta di tensione
IL PROBLEMA: LA CADUTA DI TENSIONE PUO’ PORTARE AL NON
FUNZIONAMENTO DELLE UTENZE
∆V
Z cavo
G
VG
VU
U
∆V max
4% per impianti di illuminazione
5-6%per motori elettrici
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Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica a caduta di tensione
Formula approssimata di calcolo (se Zcavo << Zu)
∆ V = Vg - Vu = k I (r cos ϕ + x sin ϕ)
k = 2 per circuiti monofase; 3 per circuiti trifase
r, x = resistenza e reattanza della linea (per 1 fase)
ϕ = angolo di sfasamento tra tensione e corrente dell’utilizzatore
Vg,u = tensione al generatore/utilizzatore
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Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica a caduta di tensione
Metodo analitico: occorre valutare la
componente di ∆V parallela a Vu (tensione
all’utenza)
Metodo approssimato: si eseguono i
seguenti calcoli
xI
∆V
1) Calcolo I dalla relazione
rI
W = kV I cos ϕ
Vg
(N.B. nell’ipotesi di massima
Vu
caduta di tensione!)
ϕ
I
2) Calcolo r ed x linea
3) Verifica se ∆V inferiore al limite
imposto
20
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica a caduta di tensione
esempio
Motore:
Ω
potenza 100 kW
V = 380 V
cos ϕ = 0,8
km
Ω
km
Lunghezza cavo = 80 m
∆V max = Ω5% V
km
Cavi: 3x25mm2 r = 0.882 ohm/km
3x40mm2 r = 0.533 ohm/km
x = 0.082 ohm/km
x = 0.078 ohm/km
21
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica a caduta di tensione
esercizio
Motore:
potenza 120 kW
V = 380 V
cos ϕ = 0,8
Lunghezza cavo = 100 m
∆V max = 6% V
Cavi: 3x25mm2 r = 0.882 ohm/km
3x40mm2 r = 0.533 ohm/km
x = 0.082 ohm/km
x = 0.078 ohm/km
Effettuare la verifica a caduta di tensione
22
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica economica
IL PROBLEMA: NON SEMPRE SI HA CONVENIENZA AD INSTALLARE I CAVI CHE
SODDISFANO AL MINIMO LA VERIFICA DI CADUTA DI TENSIONE
Minimizzazione dei costi totali del servizio come trade-off tra:
Costi
[£/anno]
costi di acquisto e
installazione
costi di esercizio
(dissipazione per effetto
Joule)
W
W=
=3
3R
R II22
C
TOTALI
Costo
minimo
C
acquisto e inst
C
esercizio
Sezione cavo [mm 2]
23
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica economica
esempio
Con riferimento all'esempio precedente (pag.18), prescindendo dalla
verifica a caduta di tensione, supponendo un funzionamento di 8000
h/anno, valutare la convenienza economica relativa all'utilizzo del cavo
3x40 mm2 rispetto al cavo di sezione 3x25 mm2.
∆costo acquisto e installazione = 50 €/m
Costo energia elettrica = 0.1 €/kWh
PVa = 5,65
24
Servizio Elettrico:dimensionamento
dimensionamento dei cavi
verifica economica
esercizio
Motore: potenza 120 kW; V = 380 V; cos ϕ = 0,8
Lunghezza cavo = 100 m
∆V max = 6% V
Cavi: 3x40mm2 r = 0.533 ohm/km
x = 0.078 ohm/km
3x50mm2 r = 0.422 ohm/km
x = 0.077 ohm/km
Vita utile 10 anni; tasso di attualizzazione: 10% (PVa = 6.145)
Costo energia elettrica = 0.1 €/kWh ; 6000 h/anno di funzionamento
∆costi acquisto e posa = 15 €/m
Determinare la scelta economicamente più vantaggiosa
25
Servizio Elettrico:rifasamento
IL PROBLEMA: ALCUNE MACCHINE NECESSITANO DI CAMPI MAGNETICI, E
INTRODUCONO SFASAMENTO FRA CORRENTE E TENSIONE
La potenza utile è rappresentata dall’espressione:
V
I
ϕ
P=
3 V I cos ϕ
Risulta quindi evidente che:
I cos ϕ
I sen ϕ
Se cos ϕ = 1 (ϕ
ϕ=0), a parità di
potenza utile assorbita, corrente e
dissipazioni sono minime
L’Ente erogatore impone cos ϕ superiore a 0,9 (ϕ
ϕ < 25,8°) in modo da
ridurre le dissipazioni sulle linee di distribuzione
cos ϕ = fattore di potenza
26
Servizio Elettrico:rifasamento
In pratica, le utenze (es. trasformatori e motori) possono essere
considerate di tipo esclusivamente induttivo
Se cos ϕ < 0,9 si collegano in parallelo alle utenze degli utilizzatori capacitivi:
batterie di condensatori
motori sincroni (in casi particolari)
In modo da ottenere cos ϕ’ = 0,9
A = 3 ⋅V ⋅ I
P = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ cos ϕ
A
Q
ϕ'
ϕ
P
Q'
Q = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ sin ϕ
Q ' = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ sin ϕ '
27
Servizio Elettrico:rifasamento
Noto il ϕ dell’utenza e posto cos ϕ' = 0,9 si determina la potenza
reattiva dei condensatori da installare:
∆Q = Q – Q’ = P*tgϕ
ϕ - P*tgϕ
ϕ’ = P*(tgϕ
ϕ - tgϕ
ϕ’)
P ⋅ (tg ϕ − tg ϕ ')
C=
2
V ⋅ 2 ⋅π ⋅ f
E’ noto che per i condensatori:
V2
∆Q =
Z
Z=
1
2 ⋅π ⋅ f ⋅ C
28
Servizio Elettrico:rifasamento
Modalità di inserimento dei condensatori
INSERIMENTO “A TRIANGOLO”
INSERIMENTO “A STELLA”
M
M
Vf =
220 V
ATTENZIONE: fra Vstella e Vtriangolo c’è un rapporto pari a 3
Quindi, fra le capacità dei condensatori, a seconda della tipologia di
inserimento, c’è un rapporto pari a 3
29
Servizio Elettrico:rifasamento
Modalità di inserimento dei condensatori
Il costo dei condensatori dipende dalla capacità e, in misura
inferiore, dalla tensione applicata: in genere si preferisce
l’installazione a triangolo.
Se, però, la tensione risulta essere molto elevata (maggiori costi
dell’isolamento elettrico), allora potrebbe risultare più economica
l’installazione a stella.
Centralizzazione/decentralizzazione dei
condensatori
Pochi carichi concentrati
Costi di gestione inferiori (per
minori dissipazioni di energia)
Rifasamento a bordo macchina
Costi di impianto inferiore
Costi di manutenzione inferiore
Rifasamento centralizzato
30
Servizio Elettrico:rifasamento
Modalità di inserimento dei condensatori
Ceramica
multistrato
Disco di
ceramica
Film di
poliestere
multistrato
Ceramica
tubolare
Polistirene
Film di
poliestere
metallizzato
Alluminio
elettrolitico
Condensatori in differenti materiali
http://www.wikipedia.com
31
Servizio Elettrico:rifasamento
esempio
Motore da 100 kW alimentato a 380 V
con cos ϕ = 0,8 da rifasare a cos ϕ = 0,9
32
Servizio Elettrico:rifasamento
esercizio
1motore da 100 kW con cos ϕ = 0,8
1motore da 180 kW con cos ϕ = 0,7
Tensione di alimentazione 3 kV
Rifasare a stella in maniera centralizzata a cos ϕ = 0,9
33
Servizio Elettrico:correnti di c.c.
Descrizione del fenomeno
Corto Circuito
diminuzione anomala dell'impedenza complessiva di un circuito con
conseguente aumento delle correnti circolanti.
Protezione di persone e cose dagli effetti:
dinamici (forze elettromagnetiche)
termici (effetto Joule)
I mezzi di protezione più utilizzati sono:
interruttori automatici: il costo è legato sostanzialmente alla corrente
massima di guasto che è in grado di interrompere (potere di rottura)
valvole fusibili: costano meno ma vanno sostituiti ogni volta
34
Servizio Elettrico:correnti di c.c.
Calcolo delle correnti
Il calcolo della corrente di corto circuito viene effettuato per il caso più critico,
ovvero il c.c. franco simmetrico trifase (unione simultanea dei tre cavi
)
Criteri di calcolo
1) Si determina il valore delle Icc nei
punti dove collocare gli interruttori:
Icc =
V
3 Ztot
2) L'impedenza di elementi in alta tensione è equivalente ad una
impedenza in bassa tensione ridotta del fattore H, tenendo conto che la potenza si
trasmette inalterata.
 V B .T . 
 V M .T . 

 = 

 Z B .T . 
 Z M .T . 
2
2
 V B .T . 

H = 
 V M .T . 
2
35
Servizio Elettrico:correnti di c.c.
Calcolo delle correnti
Criteri di calcolo
3) Per calcolare l’impedenza dei trasformatori, viene definita la tensione % di
C.C. (Vcc), ovvero la % della tensione nominale (del primario) per avere la
corrente nominale sul secondario posto in C.C.. In realtà, la Vcc è proporzionale al
valore dell’impedenza del trasformatore (legge di Ohm) nel caso di c.c. rispetto a
condizioni di funzionamento standard, e, quindi, riduce l’impedenza calcolata
applicando le normali formule.
Z trasf
V 2
= 
 A

 ⋅ Vcc

4) Per la rete ENEL e per i trasformatori l'impedenza è costituita essenzialmente
da reattanza
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Servizio Elettrico:correnti di c.c.
Calcolo delle correnti
esempio
Cavi 3x63 mm2:
r = 0.322 (ohm/km)
x = 0.083 (ohm/km)
Cavi 3x100 mm2:
r = 0.209 (ohm/km)
x = 0.080 (ohm/km)
Calcolare le correnti di corto
circuito nei punti A, B
37
Servizio Elettrico:correnti di c.c.
Calcolo delle correnti
esercizio
Seguendo lo stesso schema unifilare indicato nell’esempio precedente
(pag.33), calcolare la corrente di corto circuito nel punto C,
nell’ipotesi che uno dei due rami con trasformatore (20kV/380V) sia
fermo per manutenzione (ramo aperto)
38
Servizio Elettrico:correnti di c.c.
esercizio riepilogativo
ENEL
V1 = 15 kV
Pcc = 500 MVA
Cavi a disposizione:
disposizione
3x40mm2; r = 0.533 x = 0.078 Ω /km
V1/V2=15000/400
A=750 kVA
Vcc=4%
V1/V2=15000/400 Costo messa in opera: 30 €/m
A=1200 kVA
2
Vcc=4% 3x50mm ; r = 0.422 x = 0.077 Ω/km
Costo messa in opera: 38 €/m
B
A
C
Cavo
L = 100 m
Sezione = ?
D
U
P = 100 kW
V2 = 400 V
∆VMAX = 20 V
ϕ = 0,8
cosϕ
Ore/anno di esercizio:
esercizio
2000 ore/y
Costo energia elettrica:
elettrica
0.12 €/kWh
Tasso attualizzazione:
attualizzazione
10%
Vita utile impianto:
impianto
PVa (10; 10):
Rifasamento a cos ϕ = 0.9
10 y
6,145
1600€
39
Servizio Elettrico:correnti di c.c.
esercizio riepilogativo
1) Dimensionare la linea nel tratto C- D avendo a disposizione i
cavi tripolari indicati in precedenza (3X40mm2; 2X50mm2)
2) Valutare la convenienza del rifasamento indipendentemente
dagli obblighi contrattuali
3) Calcolare le correnti di corto circuito nei punti A, B, C e D nel
caso di corto circuito franco simmetrico trifase
40
Servizio Elettrico:protezione
Gli impianti elettrici vanno protetti da:
1. sovraccarico di corrente
2. corto circuito
TEMPERATURE ELEVATE
danneggiamento cavi
incendi
esplosioni
Le protezioni da sovraccarichi e corto circuito sono anche una
protezione indiretta del lavoratore da rischi dovuti a guasti
nell’impianto
41
Servizio Elettrico:protezione
Esistono tre valori di temperature limite
T di corto circuito: la temperatura si innalza troppo rapidamente e deve
essere interrotta in pochi secondi
correnti di cortocircuito
θc.c = 180250°C
T di sovraccarico:
temperatura che
determina il rapido
deterioramento
dell’isolante, deve
comunque essere
ammessa per tempi
dell’ordine delle ore
θs = 110-150°C
correnti di sovraccarico
θe = 70-90°C
correnti di impiego
(regime
permanente)
5 sec
1h
tempo
T di regime permanente: temperatura che il conduttore può sopportare per
un tempo indefinito
42
Servizio Elettrico:protezione
fusibili
Sono costituiti da un filamento metallico di spessore determinato, che fonde per effetto
Joule, interrompendo il contatto, quando la corrente supera il valore nominale
CARATTERISTICHE:
non riparabili
economici
facilmente sostituibili
e ispezionabili
tempi di
intervento
[sec]
1
Corrente I/IN
43
Servizio Elettrico:protezione
fusibili
Fusibili cilindrici
www.omegafusibili.it
44
Servizio Elettrico:protezione
interruttori
Hanno la capacità di aprire un circuito nel quale circola corrente (sotto carico). Possono
essere termici o magnetici
contatto fisso
DATI CARATTERISTICI DI UN
INTERRUTTORE:
Tensione nominale
Corrente nominale: valore di
corrente che i contatti
possono sopportare per un
tempo indefinito
Potere di rottura: massimo
valore di corrente che
l’interruttore è in grado di
interrompere
Tempo totale di apertura
contatto
mobile
1
arco elettrico
molla
2
45
Servizio Elettrico:protezione
interruttori
Interruttori termici
Sono costituiti da regoli bimetallici riscaldati dalle correnti circolanti nel circuito. Correnti
superiori a quella nominale, per periodi sufficientemente lunghi, producono l’inflessione
del regolo e quindi lo sganciamento dell’interruttore.
Protezione da sovraccarichi
Interruttori magnetici
Sono costituiti da bobine nelle quali, in presenza di correnti elevate, si stabiliscono
correnti che producono lo sganciamento dell’interruttore. Il loro campo di intervento può
essere fisso o regolabile da 2 a 10 volte la corrente nominale.
Protezione da corto circuito
INTERRUTTORI MAGNETO-TERMICI
Protezione integrata di cavi e macchine da sovraccarichi e corto
circuiti
46
Servizio Elettrico:protezione
interruttori magnetotermici: caratteristiche tecniche
In=corrente nominale, corrente di
funzionamento
Inf=corrente di non funzionamento,
massimo valore di sovracorrente che
non fa intervenire l’interruttore
If=corrente di funzionamento, minimo
valore di sovraccarico che fa
intervenire l’interruttore
Im1=massimo valore di corrente che
non fa intervenire lo sganciatore
magnetico
Im2=minimo valore di corrente che fa
intervenire lo sganciatore magnetico
I nf
If
Im1
I m2
47
Servizio Elettrico:protezione
interruttori magnetotermici: criteri di protezione
GRADO DI PROTEZIONE
Massima protezione
Intervento per qualsiasi anomalia
IB
IZ
LEGENDA
1,45 IZ
valori di
corrente
In
If
Minima protezione
Massima continuità di funzionamento
IB
IZ
1,45 IZ
IB =corrente di esercizio
IZ =corrente max in regime
permanente
In =corrente nominale
dell’interruttore e/o fusibile
If =corrente di intervento
dell’interruttore
valori di
corrente
In
If
48
Servizio Elettrico:protezione
interruttori magnetotermici: protezione del conduttore da corto circuito
1
2
3
4
L’interruttore di protezione deve
essere installato a meno di 3 m
dalla conduttura protetta (a valle
dell’interruttore)
La corrente nominale
dell’interruttore non deve essere
inferiore alla massima corrente di
funzionamento
Il potere di rottura deve essere
maggiore della corrente presunta
di corto circuito
≤3 m
1
In ≥ IB
2
ICn ≥ Icc0
3
4
Icc0
L’interruttore deve intervenire per
qualunque guasto nella linea
protetta
49
Servizio Elettrico:protezione
interruttori magnetotermici: protezione della rete da corto circuito
Protezione in cascata:
prima A
interviene
Protezione selettiva:
sequenza D, C, B, A
curve di intervento senza punti in
comune
capacità di rottura di ogni
interruttore superiore a Icc nel tratto
a valle dello stesso
max 3 o 4 interruttori altrimenti
tempi di intervento eccessivi
Garantisce la massima continuità di
funzionamento, ma è molto costosa
Protezione mista
50
Servizio Elettrico:protezione
interruttori
Interruttore termico
Temperatura: 70°Portata: 10A - 250Vca.
www.cel-na.com
Interruttori magnetici
www.tecosistemi.it
51
Servizio Elettrico:protezione
protezione da contatto elettrico: forme di contatto
Contatto diretto (A)
Si verifica con parti dell’impianto normalmente in tensione (conduttore, interruttore,
ecc.) diventato accidentalmente accessibile (ad esempio per manutenzione).
Contatto indiretto (B)
Si verifica nel contatto con masse o parti metalliche che, a causa di un guasto, si trovano
in tensione. E’ il contatto più pericoloso.
A
B
52
Servizio Elettrico:protezione
protezione da contatto elettrico: impianti di messa a terra
IL PROBLEMA: UN OGGETTO TEORICAMENTE NON IN TENSIONE PUO’ ESSERE IN REALTA’
SOTTOPOSTO A D.D.P. RISPETTO ALL’UOMO PER SVARIATI MOTIVI
53
Servizio Elettrico:protezione
protezione da contatto elettrico: impianti di messa a terra
La pericolosità di una corrente che attraversa un operatore dipende dall'intensità e dalla durata
Una corrente di 10÷
÷20 mA può essere sopportata per lunghi periodi per soggetti non cardiopatici
La resistenza del corpo umano (Rc) è molto variabile tra alcune centinaia di kΩ
Ω a 5000 Ω: si
assume un valore minimo di sicurezza pari a 3 kΩ
Ω
La max tensione cui può essere sottoposta una persona per un periodo prolungato è di 50 V
(ottenibile approssimativamente da 3 kΩ
Ω e 10÷
÷20 mA)
L’impianto di terra protegge dai contatti indiretti, collegando a terra le masse e agendo in modo
coordinato con interruttori automatici dell’alimentazione elettrica
Convoglia verso terra la corrente di guasto (ad es. per perdite di isolamento dei conduttori)
provocando l’intervento delle protezioni ed evitando il permanere di tensioni pericolose sulle
masse
Nel tempo di intervento delle protezioni la tensione verso terra delle masse non deve raggiungere
valori pericolosi
Serve per rendere equipotenziali le masse, le masse estranee e il terreno (è l’unico modo per
proteggere contro tensioni pericolose introdotte dall’esterno tramite le masse estranee)
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Servizio Elettrico:protezione
protezione da contatto elettrico: impianti di messa a terra
Nota la corrente di guasto (IG: si determina dalla curva caratteristica
dell’interruttore magnetotermico, osservando la corrente che provoca
l’interruzione da parte del termico dopo 5 secondi) e imponendo una tensione
max verso terra di 50 V e una resistenza della persona pari a 3.000 Ω, si
determina la resistenza massima dell’impianto di terra:
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Servizio Elettrico:protezione
protezione da contatto elettrico: impianti di messa a terra
VMAX
Req =
IG
Rc ⋅ Rt
Req =
Rc + Rt
VMAX = 50 V
Rc
= 3.000 Ω
IG = corrente di intervento
dell’interruttore a 5 s
Rt =
R c ⋅ R eq
R c − R eq
ATTENZIONE:
durante i primi 5 s dal guasto la Icc può essere
superiore a IG e quindi anche la tensione a cui è
soggetto l'operatore diventa > 50 V
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Servizio Elettrico:protezione
protezione da contatto elettrico: impianti di messa a terra
Come ulteriore protezione si utilizzano relé differenziali per interrompere la
rete con tempi di intervento dell’ordine di 10 ÷ 20 ms. Essi rilevano differenze di
corrente tra i conduttori di linea (aprono il circuito se ∆I>∆
∆Imax)
Servono per proteggere dai contatti con parti in tensione (che danno luogo a
passaggio di corrente verso terra attraverso l’uomo), anche se la misura
principale di protezione contro i contatti diretti rimane l’isolamento delle parti
attive (il relè interviene dopo il contatto)
La legge 46/90 (art. 7) prescrive che gli impianti elettrici siano dotati di
impianto di messa a terra e di interruttori differenziali ad alta sensibilità
(∆
∆Imax = 1 A)
Nelle abitazioni si ha ∆I ≤ 0,03 A
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Servizio Elettrico:conclusioni
La tariffazione
Tutto il processo di progettazione si è basato sull’analisi del trade-off tra costi di impianto
(cavi, interruttori, cabine, ecc.) ed il costo di esercizio (es. perdite per effetto joule). Nel
caso del servizio elettrico, tuttavia, lo studio delle condizioni operative legate alla
tariffazione dell’energia consumata richiede particolare attenzione.
La tariffazione vigente in Italia prende il nome di binomia, poiché:
E’ legata all’impegno di potenza
E’ legata al consumo di energia
Costo del servizio = A * Potenza impegnata + B * Energia Consumata
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Servizio Elettrico:conclusioni
qualche spunto di riflessione
Nel corso dei prossimi anni l’Italia si dovrà adeguare alle normative europee sul valore
della bassa tensione, e passare dalle tensioni di 220 – 380V alle tensioni di 230 – 400V.
Dal punto di vista economico può essere considerato un fattore positivo?
L’Italia non produce energia nucleare (nonostante le centrali francesi siano a poche
centinaia di km da Milano), ma ne importa moltissima (nel 2000 il 12% circa del consumo
totale). Da qui nascono i diverbi che spesso si sentono sulla “questione energetica” in
Italia
In alcuni casi l’energia nucleare importata (a basso costo durante le ore notturne) viene
utilizzata per restituire energia potenziale all’acqua utilizzata per produrre energia
idroelettrica (centrale del lago Delio). Perché?
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Servizio Elettrico:conclusioni
LEGISLAZIONE E NORMATIVA
SULLA SICUREZZA ELETTRICA
sicurezza in generale
Costituzione: artt. 32, 35, 41
Codice civile: artt. 2050, 2087
Codice penale: artt. 437, 451
Regolamenti generali: DPR 547/55, DPR 302/56, DPR 303/56, L 300/70 (“Statuto
dei lavoratori”), L 833/78, DLgs 626/94
Regolamenti speciali: DPR 164/56, DPR 320/56, DPR 321/56, DPR 322/56, DPR
323/56, DM 22.12.58, DPR 185/64
sicurezza nel settore elettrico
L 186/68, L 791/77, L 46/90, DPR 447/91, DPR 392/94
Rispondono ai principi di sicurezza i materiali elettrici realizzati secondo le norme:
IEC
CENELEC
CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano)
L’omologazione (ovvero il riconoscimento di conformità), necessaria per le
apparecchiature più pericolose, viene attestata dall’ISPESL
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