impianti_1 - Ufficio Formazione Comuni

Impianto elettrico
INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
L'interruttore differenziale, se presente nel nostro quadro elettrico
d'appartamento, è facilmente riconoscibile per la presenza di un pulsante, utile
per la manutenzione, contrassegnato dalla lettera T (può avere forma diversa
da quello nella foto).
I cavi che conducono la corrente elettrica sono generalmente due: la fase e il
neutro. Poichè la corrente entra dalla fase, percorre i circuiti ed esce dal
neutro, in condizioni normali quella entrante deve essere uguale a quella
uscente. Se ciò non accade significa che una parte di essa sta percorrendo
strade diverse, come il corpo umano in caso di scossa elettrica (contatto
diretto) o per cedimento dell'isolante, ad esempio, di un elettrodomestico
collegato
all'impianto
di
terra.
L'interruttore differenziale (conosciuto anche come salvavita) confronta
continuamente la corrente entrante con quella uscente e scatta quando avverte
una differenza.
In figura è rappresentato un contatto diretto: in sua assenza le correnti A e
C sono uguali e il differenziale non interviene, ma nel caso specifico C=A-B,
per cui il differenziale avverte una differenza pari a B e se questa è superiore
alla sua soglia di sensibilità, interviene.
La sensibilità è indicata sull'interruttore in uno dei due modi in figura:
Bisogna, quindi, stare attenti alle cause che hanno provocato lo scatto, prima
di richiudere l'interruttore.
L'interruttore differenziale, in un impianto domestico, deve avere una sensibilità di valore
non superiore a 30 milliampere
Un qualunque impianto elettrico, specie se vecchio e con componenti non in
perfette condizioni, ha delle piccole dispersioni di corrente che, sommate tra
loro, possono provocare lo scatto dell'interruttore differenziale, senza
particolari situazioni di pericolo. Per questo è consigliabile non usare nel
quadro elettrico generale un interruttore differenziale con sensibilità di valore
inferiore a 30 milliampere (30 mA). Singole prese possono comunque essere
protette con sensibilità di 10 mA.
Esistono anche interruttori magnetotermici differenziali che racchiundono
in un solo componente anche gli sganciatori magnetici e termici.
TIPOLOGIE COSTRUTTIVE
TIPO DESCRIZIONE
AC
solo per correnti di guasto sinusoidali
A
anche per correnti di guasto pulsanti
B
anche per correnti di guasto continue
MANUTENZIONE DELL'INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
L'interruttore differenziale o salvavita, che dovrebbe essere presente in tutti i
quadri elettrici di appartamento, si riconosce facilmente per la presenza di un
pulsante contrassegnato con la lettera T. Questo pulsante serve per eseguire il test:
premendolo si deve ottenere lo scatto del salvavita. La funzione più importante del
pulsante è quella di mantenere in efficienza l'interruttore: infatti deve essere
premuto una volta al mese per impedire il bloccaggio nel tempo delle parti mobili.
In caso di dubbi sul corretto funzionamento dell'interruttore, non indugiare sulla
sua sostituzione.
Per mantenere in efficienza l'interruttore salvavita, premete ogni mese il pulsante T
EQUIPOTENZIALITA'
La legge di Ohm (V = R I) deve essere sempre rispettata. Poichè V
rappresenta la differenza di potenziale (tensione) tra due punti A e B, se
voglio imporre loro lo stesso potenziale (tensione nulla), dovrò utilizzare un
collegamento a resistenza R nulla.
Se tra A e B ho resistenza zero, qualunque corrente I attraverserà il
collegamento, non genererà alcuna tensione:
V = R x I = 0 x I = 0 volt
Il collegamento tra A e B prende il nome di collegamento equipotenziale.
L'operazione è puramente teorica, in quanto un cavo elettrico avrà una
resistenza bassissima, ma mai nulla.
ISOLAMENTO, MASSA, CONTATTI
TIPI DI ISOLAMENTO
L'isolamento elettrico impedisce che le parti in tensione vengano in contatto
con altre parti conduttrici. L'isolamento principale è quello strettamente
necessario per difederci dalle folgorazioni.
Per aumentare il livello di sicurezza si può aggiungere un isolamento
supplementare, che ci protegga anche in caso di cedimento di quello principale,
ottenendo il doppio isolamento.
Se l'isolamento è unico ma ha lo stesso grado di sicurezza del doppio, siamo in
presenza dell'isolamento rinforzato.
MASSA
E' definita massa una qualunque parte metallica facente parte dell'impianto
elettrico e normalmente non in tensione, ma che si può trovare in tensione a
causa del cedimento dell'isolamento principale. Una massa è, ad esempio, la
carcassa della lavatrice.
Se la parte metallica è separata dalle parti in tensione da un isolamento doppio
o rinforzato, non è una massa.
CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI
Uno dei pericoli più comuni nell'utilizzo di apparecchiature elettriche è quello di
entrare in contatto con parti in tensione con conseguente passaggio di corrente
attraverso il corpo umano (vedere Pericolosità della corrente elettrica).
Esistono due tipi di contatto e questa distinzione è fondamentale poichè le
misure di protezione sono diverse, anche se agiscono tutte in uno dei due modi
possibili: riduzione del valore della corrente o riduzione del tempo in cui
attraversa il corpo umano.
Si ha contatto diretto toccando una parte dell'impianto normalmente in
tensione. E', ad esempio, contatto diretto quello con il conduttore di un cavo
elettrico, quello con l'attacco di una lampadina mentre la si avvita o quello con
un cacciavite infilato nell'alveolo di una presa di corrente.
Si ha contatto indiretto toccando una massa in presenza del cedimento
dell'isolamento principale, indipendentemente dal collegamento o meno a
terra.
IMPIANTO DI TERRA
SITUAZIONE PERICOLOSA:
Toccare un oggetto conduttore (massa) che normalmente si trova a
potenziale zero, ma che per un'anomalia nel funzionamento si trova a
potenziale diverso da zero (contatto indiretto).
Ad esempio se cede l'isolante del circuito elettrico di una lavatrice,
l'intera parte metallica dell'elettrodomestico si potrebbe portare a 230
volt, con pericolo in caso di contatto.
POSSIBILE SOLUZIONE:
Collegare l'oggetto con un corpo che è costantemente vincolato a
potenziale zero. Se il collegamento è a resistenza nulla (R=0), anche
l'oggetto si porta a potenziale zero, eliminando il pericolo.
Il corpo che ci garantisce un potenziale costantemente vincolato a
zero è il nostro pianeta Terra.
LA SITUAZIONE REALE:
Il collegamento a terra non è mai a resistenza zero, in quanto
qualsiasi conduttore elettrico possiede una certa resistenza.
Comunque si fa in modo che questa sia la più bassa possibile,
avvicinandosi così al caso ideale.
Collegando a terra le previste parti metalliche di apparecchi elettrici, ci
poniamo al sicuro da contatti con potenziali pericolosi.
Normalmente le apparecchiature elettriche che abbiamo in casa
vengono collegate a terra tramite l'alveolo centrale delle prese (solo
se l'impianto di terra è esistente).
ELIMINAZIONE DEL PERICOLO:
Il collegamento a terra provoca, in caso di guasto, una circolazione di
corrente dall'oggetto verso terra. Questa corrente viene avvertita
dall'interruttore differenziale (salvavita), che scatta eliminando la
tensione da tutto l'impianto elettrico collegato.
COMPONENTI
In un impianto elettrico ogni massa, tramite il conduttore di
protezione, è collegata al collettore (o nodo) principale di terra.
A sua volta ilconduttore di terra collega il nodo ai dispersori e i
dispersori tra loro. Questi ultimi, in intimo contatto col terreno,
costituiscono la parte terminale dell'impianto.
Al nodo di terra vanno collegati anche i conduttori equipotenziali,
che collegano le masse estranee come tubazioni e strutture
metalliche.
La sezione del conduttore di protezione deve essere la stessa dei
conduttori di fase fino a 16 mmq.
Tensioni e resistenza di terra
1. Tensione totale di terra
Ut: tensione che si stabilisce tra la terra e un apparecchiatura in presenza della corrente di
terra It.
essendo
essa vale:
2. Resistenza di terra
3. Tensione di contatto
tensione a cui è soggetta una persona in caso di contatto indiretto
4. Tensione di passo
tensione applicata tra i piedi in una persona posti alla distanza di un metro, in presenza della
corrente di terra
Le funzioni di tale connessione possono essere:
1. Messa a terra di protezione
collegamento imposto dalla norma vigente (D.P.R. 547/55, Legge 46/90 art.7 , DM 37/08
Norma CEI 64-8/4) per mantere le masse al potenziale di terra in condizione di normale
utilizzo, realizzando una protezione mediante messa a terra
2. Messa a terra di funzionamento
collegamento di parti attive del sistema così da sfruttare il terreno come conduttore (es.
Trazione elettrica ferroviaria)
3. Messa a terra per lavori
collegamento temporaneo per mettere fuori servizio la parte di impianto soggetta a lavori,
utilizzando un sistema sicuro e ben visibile
Gli scopi fondamentali della messa a terra sono:
•
•
•
Offrire protezione contro la folgorazione indiretta.
Agevolare l'intervento dell'interruttore differenziale in caso di guasto verso terra.
Proteggere persone e impianti dalla fulminazione e da tensioni elettriche di qualsiasi origine.
Altre funzioni sono:
•
•
Impedire l'accumulo di elettricità statica e prevenire scariche elettrostatiche dannose per
apparati elettronici e di telecomunicazione.
In elettronica ha anche la funzione di scaricare i disturbi elettromagnetici e fornire un
potenziale di riferimento.
INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO
La corrente elettrica, percorrendo i circuiti, produce fenomeni
magnetici e fenomeni termici (riscaldamento per effetto Joule.
L'interruttore magnetotermico, come si evince dal nome, racchiude
due sganciatori: uno magnetico e uno termico. Il primo, con
intervento istantaneo, scatta a causa di un rapido e consistente
aumento della corrente, ben oltre il limite consentito. Questa
situazione è tipica del cortocircuito. L'interruttore termico interviene
per sovraccarico ovvero quando assorbiamo più corrente del consentito: il
sensore all'interno dell'interruttore si riscalda e provoca lo scatto. E' lo stesso
tipo di interruttore che l'ENEL usa per impedire un assorbimento superiore a
quello previsto nel contratto.
L'interruttore magnetotermico protegge dal cortocircuito e dal sovraccarico.
L'interruttore è caratterizzato dalla tensione nominale, cioè dalla tensione del
suo normale utilizzo (assegnata dal costruttore). Per i circuiti domestici è di
230 volt. La sua corrente nominale (In) è invece quella che può circolare
senza problemi a una certa temperatura ambiente (indicata sulla targa se
diversa da 30°C).
Le correnti nominali in uso hanno i seguenti valori espressi in ampere:
6 10
13
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
Le modalità di intervento magnetico sono tre in base ai limiti della corrente di
intervento (riferiti alla corrente nominale In) in caso di cortocircuito:
TIPO LIMITI DELLA CORRENTE DI INTERVENTO
B
3In --- 5In
C
5In --- 10In
D
10In --- 20In
In pratica il tipo B interviene per più basse correnti.
LA RESISTENZA
Prendiamo ancora una volta in considerazione il circuito idraulico: a parità di
differenza di livello A-B, l'acqua scorrerà più velocemente nel circuito di
sinistra poichè il tubo di collegamento ha sezione maggiore e offre, quindi,
minore resistenza.
Lo stesso concetto si applica nei circuiti elettrici: a parità di tensione
(differenza di potenziale) si ha una corrente maggiore in presenza di un
circuito a resistenza minore.
Esempio: una lampada da 40 watt (la potenza si misura in watt) assorbe una
corrente inferiore rispetto a una lampada da 100 watt. Poichè la tensione è
sempre 230 volt, quello che cambia è la resistenza che la lampada offre al
passaggio di corrente: una lampada da 100 watt offre meno resistenza rispetto
a una lampada da 40 watt.
La resistenza si indica con la lettera R, si misura in ohm e il simbolo è
riportato in figura.
GRANDEZZA UNITA' DI MISURA
resistenza
R ohm
LEGGE DI OHM
Esiste una relazione matematica molto semplice che permette, conoscendo due
delle tre grandezze
V-tensione --- I-corrente --- R-resistenza
di ricavare la terza. Si tratta della legge di Ohm:
V=RxI
ovvero
I=V/R
R=V/I
Una resistenza R attraversata da una corrente elettrica I provoca una caduta
di tensione e l'effetto Joule.
CADUTA DI TENSIONE
Quando una corrente elettrica I attraversa una resistenza R, tra l'ingresso e
l'uscita del componente si crea una diminuzione di tensione ovvero una caduta
di tensione. Il calcolo di questa diminuzione, cioè della tensione misurata in
volt ai capi della resistenza, si esegue sempre con la legge di Ohm:
caduta di tensione = R x I
ESEMPIO: Un utilizzatore (indicato con un rettangolo in figura) è alimentato da
un circuito avente resistenza R=50 ohm. Poichè la corrente è pari a 2 ampere,
sulla resistenza R si ha una caduta di tensione pari a 50x2=100 volt e i 230
volt iniziali scendono, sull'utilizzatore, a 130 volt.
In un impianto elettrico la resistenza R dei cavi si può considerare costante nel
tempo. Quindi la caduta di tensione può variare solo al variare della corrente
assorbita.
Maggiore è la corrente assorbita, minore tensione è applicata all'utilizzatore
ESEMPIO: in alcuni edifici, alla partenza della pompa dell'autoclave, si ha un
momentaneo abbassamento della luminosità delle lampade: un maggior
assorbimento di corrente produce una maggiore caduta di tensione.
EFFETTO JOULE
Quando una corrente I attraversa una resistenza R si ha il riscaldamento di
quest'ultima. E' l'effetto Joule. La quantità di energia W (espressa in Joule)
dissipata in calore nel tempo t (espresso in secondi) dipende dal quadrato della
corrente I ed è definita dalla relazione in figura.
Il fenomeno è indispensabile, ad esempio, nel filamento di una lampadina a
incandescenza, nelle stufe elettriche, nei ferri da stiro e nei fusibili posti a
protezione degli impianti elettrici. Risulta, invece, inutile e dannoso quando,
non avendo la necessità di produrre calore, il circuito elettrico comunque si
riscalda durante il funzionamento.
Nei componenti elettrici, se la corrente supera il limite previsto, l'effetto Joule
crea surriscaldamento e deterioramento dell'isolante.
La corrente elettrica è data dal movimento di elettroni nella stessa direzione
GENERATORE DI TENSIONE
Un dispositivo capace di generare una differenza di potenziale tra i suoi due
terminali, prende il nome di generatore di tensione. Esistono due tipi di
tensione che dobbiamo prendere in considerazione:
TENSIONE CONTINUA
TENSIONE ALTERNATA
Nella tabella sono mostrati i simboli dei generatori. La tensione continua ha
un andamento costante e la si incontra, ad esempio, nella batteria dell'auto o
in qualunque pila. Si ha, pertanto, un terminale positivo (quello a potenziale
maggiore) e un terminale negativo (quello a potenziale minore).
La tensione alternata, come quella a 230 volt presente nelle nostre abitazioni,
si inverte continuamente, per cui non è possibile contrassegnare i terminali
come positivo e negativo.
PRESE A SPINA
TIPO A - Standard italiano - E' la presa più diffusa nelle nostre abitazioni e
può sopportare una corrente massima di 10 ampere, cioè una potenza di circa
2000 watt. Nel suo uso bisogna evitare il sovraccarico con prese multiple o con
adattatori che permettano l'inserimento di spine da 16 A (adatte per le prese di
tipo B). Il morsetto di terra è quello centrale.
TIPO B - Standard italiano - Può sopportare una corrente massima di 16
ampere (circa 3500 watt). Si trova in casa in alcuni punti ove è previsto un
maggiore assorbimento di corrente (ad es. lavatrice). Il morsetto di terra è
quello centrale.
TIPO C - Presa bivalente - Unisce i due tipi precedenti permettendo
l'inserimento sia delle spine da 10 A, sia di quelle da 16 A. Il morsetto di terra
è quello centrale.
TIPO D - Standard tedesco - Si può trovare generalmente in cucina per l'uso
di alcuni elettrodomestici come il frigorifero. La corrente può al massimo
raggiungere 16 A. I morsetti di terra sono posti lateralmente.
Per evitare accidentali contatti con le parti in tensione bisogna preferire prese con alveoli
protetti nelle quali i fori, normalmente chiusi da una membrana isolante, si aprono solo
inserendo la giusta spina.
Non basta la sola presa per stabilire quanta corrente possiamo prelevare. Ad
esempio:
- in impianti non eseguiti a regola d'arte, una presa da 16 ampere
potrebbe essere alimentata da cavi non idonei a sopportare tale corrente.
- - una linea da 16 ampere può alimentare più prese da 16 ampere. Se
preleviamo questa corrente da una sola presa, alle altre non è possibile
collegare alcun carico (ovviamente deve esserci una protezione a monte
per evitare il sovraccarico).
CATEGORIE DEI SISTEMI ELETTRICI
TENSIONE
CATEGORIA corrente alternata
corrente continua non ondulata
0
minore di 50 volt
minore di 120 volt
I
da 50 volt (compresi) a 1000 volt
da 120 volt (compresi) a 1500 volt
II
da 1000 volt (compresi) a 30000 volt da 1500 volt (compresi) a 30000 volt
III
maggiore di 30000 volt
maggiore di 30000 volt
CAVI
La corrente elettrica può raggiungere i vari punti di un impianto utilizzando
cavi di adeguata sezione e opportunamente posati. In questi componenti
distinguiamo principalmente le seguenti parti:
- conduttore: è la parte metallica (solitamente in rame) effettivamente
percorsa dalla corrente;
- - isolante: è la parte che circonda il conduttore (solitamente PVC o
gomma);
- - anima: è l'insieme di conduttore e isolante;
- - guaina: rivestimento protettivo esterno.
- I cavi, contraddistinti anche da un idoneo colore, possono essere rigidi o
flessibili, con o senza guaina. Inoltre si hanno cavi con una sola anima
(cavi unipolari) e cavi con due o più anime (cavi multipolari). I cavi
senza guaina possono essere solo unipolari.
In base al loro comportamento nei confronti del fuoco i cavi vengono
classificati in:
- non propaganti la fiamma;
- - non propaganti l'incendio;
- - non propaganti l'incendio e a ridotta emissione di fumo e gas
tossici;
- - resistenti al fuoco;
- - per ambienti ad elevate temperature.
TENSIONE NOMINALE DEI CAVI
Ogni cavo ha una tensione di isolamento indicata da due valori Uo/U:
- Uo: è la tensione massima che con sicurezza l'isolamento del cavo può
sopportare verso terra (tensione cavo-terra);
- - U: e la tensione massima che con sicurezza l'isolamento del cavo può
sopportare rispetto a un cavo a stretto contatto (tensione cavo-cavo).
TENSIONE NOMINALE
SIMBOLO DI DESIGNAZIONE
Uo/U
< 100/100 V
00
>= 100/100 V
01
< 300/300 V
02
300/300 V
03
300/500 V
05
450/750 V
07
0.6/1 kV
1
1.7/3 kV
3
3.5/6 kV
6
6/10 kV
10
COLORE DEI CAVI
La parte esterna isolante di un singolo cavo elettrico, sia in un sistema
monofase che in uno trifase, può presentarsi in diversi colori (più cavi possono
essere riuniti in un'unica conduttura multipolare).
La varietà disponibile è utile per identificare i diversi circuiti che devono
coesistere in un medesimo impianto. Ma vi sono due colorazioni che vanno
usate esclusivamente per identificare il conduttore di neutro e il conduttore
di protezione (quello collegato all'impianto di terra):
E' inoltre vietato l'uso dei singoli colori giallo e verde.
Codice colore CEI
La norma CEI 16-4 / EN 60446 (Individuazione dei conduttori tramite colori o
codici numerici) stabilisce per i fili elettrici degli impianti trifase un preciso
codice colore:
•
•
•
•
•
Fase R o L1: [o nero o grigio o marrone](400/230 V)
Fase S o L2: [o nero o grigio o marrone](400/230 V)
Fase T o L3: [o nero o grigio o marrone](400/230 V)
Neutro N: blu chiaro
Terra/schermo: giallo/verde
Le industrie produttrici devono rispettare questo codice.
I colori del neutro (azzurro o blu chiaro) e della messa a terra (giallo/verde)
devono sempre essere rigidamente rispettati, nel caso la linea sia trifase senza
neutro è consentito (ma non consigliato) utilizzare la colorazione azzurra per la
fase.
Si trovano comunemente in commercio cavi trifase con due conduttori neri e
uno marrone (ad esempio), che vincolano ad un impiego su linea trifase senza
neutro.
Il conduttore giallo/verde non può mai essere utilizzato come conduttore di
fase.
Negli impianti monofase (230 V) si usa per il neutro il colore blu chiaro,
marrone (o nero o grigio) per la fase e giallo/verde per il filo di terra.
Questa distinzione è in vigore dal 1990, pertanto negli impianti che risalgono a
date anteriori questi colori non sono rispettati
SEZIONE E PORTATA DEI CAVI
La sezione dei cavi, indicata in millimetri quadri, viene imposta da due
parametri fondamentali: la portata e la caduta di tensione.
PORTATA
La portata di un cavo corrisponde al valore massimo della corrente che può
trasportare. Questo valore è dovuto all'effetto Joule che provoca il
riscaldamento del cavo al passaggio di corrente e quindi alla massima
temperatura da esso sopportabile, considerando una vita di circa 30 anni.
Ad esempio un cavo con isolante in PVC può avere una temperatura massima
di esercizio pari a 70 gradi centigradi.
Da quanto esposto è evidente che la portata non è unica per ogni sezione, ma
dipende anche:
-
dal tipo di posa - entro tubi, su pareti, su passerelle, ecc.
-
- dal tipo di cavo - unipolare o multipolare
-
- dall'isolante - PVC, gomma, ecc.
-
- dal numero di conduttori vicini percorsi da corrente.
-
- dalla temperatura ambiente.
-
Maggiore è la sezione del cavo, minore è la resistenza, maggiore è la sua
portata.
portata dei cavi in rame di bassa tensione (CEI-UNEL 35024)
A titolo puramente indicativo si riporta il caso di due cavi (fase e neutro) isolati
in PVC senza guaina, posti in un tubo protettivo annegato nella muratura:
Sezione (mmq) 1
Portata (A)
1,5
2,5 4
6
10 16 25
35
50
70
95
120 150 185
13,5 17,5 24 32 41 57 76 101 125 151 192 232 269 309 353
CADUTA DI TENSIONE
Poichè i cavi oppongono una resistenza al passaggio della corrente, si ha una
caduta di tensione che, almeno per circuiti molto lunghi, può diventare un
parametro più importante della portata. La dipendenza dalla lunghezza del
circuito si ha perchè più lungo è il cavo, maggiore è la resistenza e quindi
maggiore è la caduta di tensione.
Nell'esempio in figura, se alla partenza del circuito abbiamo i normali 230 volt
e nel percorso di andata si ha una caduta di tensione di 10 volt, così come in
quello di ritorno, alla lampada sarà applicata una tensione di 210 volt.
Maggiore è la sezione del cavo, minore è la resistenza, minore è la caduta di
tensione.
In ogni circuito la caduta di tensione non deve superare il 4% dal punto di consegna ENEL o
dalla cabina di trasformazione
SISTEMI TT e TN
Si ha un sistema TT quando l'impianto elettrico è
alimentato direttamente in bassa tensione (230 V)
dall'Enel, come nelle nostre abitazioni.
Le linee ad alta tensione, grazie a una cabina di
trasformazione, diventano linee in media tensione e,
infine, mediante un'ulteriore cabina nelle vicinanze degli
edifici da alimentare, si arriva alla bassa tensione.
In un sistema TT l'impianto di terra della cabina Enel che trasforma la media
tensione in bassa tensione (MT/BT) è diverso dall'impianto di terra dell'edificio
alimentato. In caso di guasto a terra nell'edificio, la corrente attraversa
l'impianto di terra, quindi il terreno per tornare alla cabina Enel chiudendo il
circuito di guasto.
In un sistema TN, solitamente presente negli impianti industriali, la cabina di
trasformazione non è dell'Enel, ma è parte integrante dell'impianto stesso e
l'impianto di terra è unico.
Il guasto a terra può in questo caso assumere tutte le caratteristiche di un
cortocircuito.
Se come conduttore di protezione si usa il neutro (PEN), si ha il sistema TN-C,
in caso di conduttori distinti (PE e N) si ha il sistema TN-S.
SISTEMA TRIFASE
Un sistema trifase è costituito, come si intuisce, da tre
fasi (R - S - T) che alimentano contemporaneamente
l'utilizzatore. Abbiamo quindi tre tensioni alternate
sinusoidali che presentano normalmente lo stesso valore e
la stessa frequenza, ma sono sfasate tra loro di 120
gradi. L'uguaglianza della frequenza (velocità di rotazione
dei vettori) garantisce la costanza nel tempo dello sfasamento. In figura
vediamo infatti tre vettori di uguale lunghezza che ruotano in senso antiorario
e sfasati tra loro di 120 gradi.
L'ultilizzo del sistena trifase in bassa tensione (230 V) si ha con utilizzatori di
media e alta potenza, mentre per la bassa potenza si usa il sistema monofase.
In media e alta tensione (II e III categoria) si usa esclusivamente il sistema
trifase.
In un sistema monofase abbiamo a disposizione due cavi (fase e neutro),
mentre in un sistema trifase abbiamo a disposizione quattro cavi (tre fasi e
un neutro comune). Graficamente il potenziale del neutro è rappresentato dal
punto N di applicazione dei vettori e ogni fase ha una differenza di potenziale
rispetto al neutro di 230 volt (rappresentata dalla lunghezza di ogni vettore).
ALIMENTAZIONE MONOFASE
L'alimentazione monofase che siamo abituati ad utilizzare nelle nostre
abitazioni, deriva proprio da un sistema trifase: l'azienda fornitrice mette a
nostra disposizione solo una delle tre fasi di cui dispone a monte, più il neutro,
quindi una differenza di potenziale di 230 volt.
ALIMENTAZIONE TRIFASE
L'alimentazione trifase offre due possibilità di collegamento:
A STELLA - si collegano i tre ingressi dell'utilizzatore tra fase e neutro (R-N,
S-N, T-N), applicando così ad ognuno una tensione di 230 volt (figura a
sinistra). Se le tre fasi sono interessate dalla stessa corrente (IR = IS = IT),
non si ha circolazione di corrente sul neutro (IN = 0). Infatti sul neutro
circola la somma delle tre correnti, ma tre correnti uguali sfasate tra loro
di 120° danno come somma un valore nullo.
A TRIANGOLO - si collegano i tre ingressi dell'utilizzatore tra fase e fase (RS, S-T, T-R) applicando così una tensione di 400 volt. Non si ha bisogno del
neutro.
Tra fase e neutro abbiamo una differenza di potenziale di 230 volt
Tra due fasi abbiamo una differenza di potenziale di 400 volt
I valori di tensione sono verificabili anche geometricamente: se, ad esempio,
consideriamo il segmento R-N come lungo 230 unità, quello R-S risulterà
lungo 400 unità.
La corrente di corto circuito
Può essere determinata considerando il seguente circuito:
Applicando il secondo principio di Kirchhoff relativo alle maglie
(uguaglianza fra f.e.m. e cadute di tensione), si ottiene l'equazione
elettrica del circuito:
dove:
•
e = f.e.m. fornita dal generatore
•
eL = f.e.m. di autoinduzione nell'induttanza L
= caduta di tensione sulla resistenza R prodotta dalla corrente di
•
corto circuito icc
Essendo:
si ottiene:
e quindi:
La risoluzione della precedente equazione differenziale fornisce la
corrente di corto circuito in funzione del tempo: icc = f(t). Essa è costituita
da due componenti:
•
una permanente simmetrica, variabile con legge sinusoidale, di
ampiezza pari a
•
e pulsazione ω:
una transitoria unidirezionale, decrescente nel tempo con legge
esponenziale:
dove:
è il valore efficace della componente simmetrica della corrente di corto
circuito. La corrente di corto circuito vale pertanto:
cioè:
o anche:
Espandi/contrai | Rimpicciolisci | Ingrandisci | Nuova finestra
dove:
•
L/R = costante di tempo [s] del circuito di guasto (R = resistenza [Ω],
L = induttanza [H] del circuito a monte del punto di guasto)
•
ϕcc = angolo caratteristico dell'impedenza di corto circuito
In fig. 1 è riportato l'andamento della corrente di corto circuito in
funzione del tempo nel caso in cui si ponga, a titolo d'esempio, Icc = 1 e ϕcc
= 80°.
Fig. 1 - Andamento della corrente di corto circuito
Per la scelta delle caratteristiche dell' interruttore, il calcolo
delle correnti di corto circuito deve riguardare:
a) La corrente di corto circuito massima Icc,max
Il massimo valore della corrente di corto circuito si ha per guasto trifase
all' inizio della conduttura e coincide con il valore efficace della
componente simmetrica della corrente di corto circuito.
La conoscenza del suo valore serve per stabilire il potere d'interruzione
dell'interruttore. Si calcola con la relazione:
dove:
•
U = tensione di esercizio dell'impianto [V]
•
Z = impedenza del circuito a monte del punto di guasto [Ω]
b) La corrente di corto circuito di cresta Icc,cr
Il valore della corrente di corto circuito di cresta (valore di picco della
corrente totale di corto circuito) può essere ricavato direttamente dal
grafico della corrente di corto circuito (fig. 1), oppure, in mancanza di
questo, con la relazione:
dove il valore del fattore di cresta Kcr può essere calcolato, con sufficiente
approssimazione, mediante la relazione:
La conoscenza di Icc,cr serve per stabilire il potere di chiusura
dell'interruttore.
c) La corrente di corto circuito minima Icc, min
Il valore minimo della corrente di corto circuito si ha per guasto
monofase (fase-fase o fase-neutro) alla fine della conduttura e può essere
calcolato con la relazione riportata dalla Norma CEI 64-8:
dove:
•
0,8 = coefficiente che tiene conto del presumibile abbassamento della
tensione per effetto del corto circuito
•
U = tensione del circuito di guasto (tensione fase-neutro per circuito
trifase con neutro distribuito; tensione fase-fase per circuito monofase o
circuito trifase con neutro non distribuito) [V]
•
S = sezione del cavo [mm2]
•
1,5 = fattore che tiene conto dell'incremento della resistività del cavo
dovuto all'aumento di temperatura durante il corto circuito
•
ρ = resistività del conduttore a 20°C [per il rame 0,0178 Ω mm2/m]
•
Lc = lunghezza del cavo [m]
•
m = SF/SN = rapporto fra le sezioni dei conduttori di fase e di neutro
nel caso di circuito trifase con neutro distribuito
Rispetto alla sezione del conduttore di fase, la sezione del neutro può
essere scelta nel modo indicato nella seguente tabella:
Sezione
(mm2)
SF = 16
•
di
fase
SF Sezione di neutro SN
(mm2)
SN = SF
SN = 16
16 < SF =35
SF > 35
SN = SF/2
m = 1 nel caso di circuito monofase o circuito trifase con neutro non
distribuito
•
Kx = coefficiente che tiene conto della reattanza del cavo
Tale coefficiente, a seconda della sezione del conduttore di fase, assume i
valori riportati nella seguente tabella:
Sezione 95
(mm2)
Kx
1
120
150
185
240
0,90
0,85
0,80
0,75
La conoscenza di Icc,min serve per la verifica del corretto
intervento dello sganciatore magnetico; serve, in altri termini,
per stabilire il valore massimo della soglia d'intervento dello
sganciatore magnetico dell'interruttore.
La corrente di corto circuito produce, nel circuito, due effetti:
•
Effetto termico, legato al tempo di durata della corrente di corto
circuito
•
Effetto elettrodinamico, legato al valore massimo (valore di picco)
della corrente di corto circuito
I FULMINI
Consideriamo due corpi conduttori vicini e con cariche di segno opposto. Se tra
i due corpi è presente materiale isolante, le cariche, pur attraendosi, non
possono incontrarsi.
Ma ogni materiale isolante possiede un limite. Se le cariche aumentano,
aumenta anche il loro effetto, ovvero la differenza di potenziale tra i due corpi,
ed esse finiscono col perforare l'isolante.
Questo meccanismo si verifica, durante i temporali, tra nuvole (normalmente
nembi o cumuli distanti tra i 300 e i 1000 metri dal suolo) e terra, con l'aria
come materiale isolante interposto. In circa l'85% dei casi sono le cariche
negative a portarsi nella parte inferiore delle nuvole e a richiamare quelle
positive sulla superficie terrestre (induzione elettrostatica).
Se la differenza di potenziale tra nuvola e terra supera un valore compreso tra
gli 80 milioni e il miliardo di volt, l'aria viene perforata dalle cariche elettriche e
si ha il fulmine, con una corrente che ha un valore medio di 10000 ampere e
un valore limite pari a 200000 ampere. Un fulmine potrebbe alimentare una
lampada da 100 Watt per tre mesi.
La perforazione non è istantanea. Dalla nuvola parte una scarica iniziale (detta
"scarica pilota" o "scarica leader") non visibile, che procede a scatti con una
velocità di 100 chilometri al secondo. Dalla terra parte una scarica di segno
opposto, detta di richiamo. Al momento dell'incontro tra le due scariche si ha il
fulmine, una scarica finale chiamata scarica di ritorno.
La corrente raggiunge il picco massimo in un tempo brevissimo pari a qualche
microsecondo, mentre globalmente il fenomeno può durare tra qualche decina
e qualche centinaia di microsecondi.
Al suo interno il fulmine può sviluppare una temperatura di 15000 °C. Il calore
espande l'aria ed è questa espansione che provoca il tipico rumore del fulmine,
ovvero il tuono. Poichè il suono si propaga a 340 metri al secondo, mentre la
luce a 300000 chilometri al secondo, si ha una differenza tra la visione del
fulmine (lampo) e la percezione del tuono, che è tanto più rilevante, quanto
più lontano si è avuta la scarica elettrica.
Per calcolare la distanza in metri tra noi e il fulmine, basta moltiplicare per 340 i secondi che
passano tra il lampo e il tuono.
Tra tutti i possibili percorsi, il fulmine probabilmente seguirà quello più breve o
comunque quello che offre un minore impedimento al passaggio della scarica
elettrica.
Sulla Terra si hanno 16 milioni di temporali all'anno ovvero circa 44
mila al giorno, con la caduta di 100 fulmini al secondo. Mediamente, in
Italia, il numero di fulmini per chilometro quadrato in un anno (Nt)
risulta pari a due. Ma non tutte le zone sono interessata allo stesso
modo dal fenomeno. La figura, puramente indicativa, evidenzia le differenze.
ROSSO - Nt = 4 VERDE - Nt = 2.5 BLU - Nt = 1.5
(La cartografia rappresentante il numero di fulmini all'anno per kmq sul
territorio Italiano - gratuita quella del 1995 utilizzata come esempio - è
presente nel sito del SIRF).
L'estate è la stagione che vede il maggior numero di temporali. Rimane però
da precisare che cinque fulmini su sei si scaricano dentro la nuvola stessa.
Secondo i ricercatori un fulmine può entrare nel corpo umano attraverso le
aperture del cranio, cioè occhi, orecchie, naso e bocca e si scarica a terra dopo
aver percorso il sangue e il sistema nervoso. Come conseguenza più probabile
si ha l'arresto del cuore e dei polmoni, ma mentre il primo può riprende a
battere autonomamente, i polmoni hanno bisogno della respirazione bocca a
bocca. Per cui la morte può giungere per soffocamento. Sembra che con un
adeguato soccorso il 70% delle persone colpite da un fulmine può sopravvivere
senza danni.
FULMINI PARTICOLARI
Da un pò di tempo si stanno studiando strani fulmini che invece di propagarsi
verso terra, si propagano dalle nubi verso l'alto: sono i "red sprite" e i "blue
jet". Altro fulmine particolare è quello chiamato "positivo" che, pur
propagandosi come quelli normali (negativi) verso terra, sembra possegga
un'energia nettamente superiore che gli permette di durare anche fino a dieci
volte più a lungo. Infine si possono segnalare i "fulmini globulari", che
sembra possano manifestarsi anche in presenza di cielo sereno
NORMATIVA
NORME CEI
Gli impianti elettrici vanno eseguiti a regola d'arte e per raggiungere questo obiettivo le
imprese installatrici devono seguire quanto stabilito nelle norme CEI - Comitato
Elettrotecnico Italiano.
Italiano
La Legge italiana n. 186 del 1º marzo 1968 ne riconosce l'autorità stabilendo che “i
materiali, le macchine, le installazioni e gli impianti elettrici ed elettronici, realizzati
secondo le Norme del CEI si considerano a regola d'arte”.
L'elenco dettagliato delle norme CEI è ovviamente presente sul sito del
Comitato Elettrotecnico Italiano, ove è possibile anche l'acquisto. A titolo
puramente indicativo si riporta il seguente elenco parziale:
CEI 0-1 - Adozione di nuove norme come base per la certificazione dei
prodotti nei paesi membri del CENELEC
CEI 0-2 - Guida per la definizione della documentazione di progetto degli
impianti elettrici
CEI 0-3 - Legge 46/90. Guida per la compilazione della dichiarazione di
conformità e relativi allegati
CEI 0-4/1 - Documenti CEI normativi e non normativi
CEI 0-5 - Dichiarazione CE di conformità. Guida all’applicazione delle
Direttive Nuovo Approccio e della Direttiva Bassa Tensione
(Memorandum CENELEC N°3)
CEI 0-6 - Qualificazione delle imprese di installazione di impianti elettrici
CEI 0-10 - Guida alla manutenzione degli impianti elettrici
CEI 0-11 - Guida alla gestione in qualità delle misure per la verifica degli
impianti elettrici ai fini della sicurezza
CEI 0-13 - Protezione contro i contatti elettrici - Aspetti comuni per gli
impianti e le apparecchiature
CEI 0-14 - Guida all'applicazione del DPR 462/01 relativo alla
semplificazione del procedimento per la denuncia di installazioni e
dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche, di dispositivi di
messa a terra degli impianti elettrici e di impianti elettrici pericolosi
CEI 0-15 - Manutenzione delle cabine elettriche MT/BT dei clienti/utenti
finali
CEI 64 - Effetti della corrente attraverso il corpo umano
CEI 64-7 - Impianti elettrici di illuminazione pubblica
CEI 64-8 - Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non
superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente
continua
CEI 64-11 - Impianti elettrici nei mobili
CEI 64-12 - Guida per l'esecuzione dell'impianto di terra negli edifici per
uso residenziale e terziario
CEI 64-14 - Guida alle verifiche degli impianti elettrici utilizzatori
CEI 64-15 - Impianti elettrici negli edifici pregevoli per rilevanza storica
e/o artistica
CEI 64-16 - Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non
superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua.
Protezione contro le interferenze elettromagnetiche (EMI) negli impianti
elettrici
CEI 64-17 - Guida all'esecuzione degli impianti elettrici nei cantieri
CEI 64-50 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
generali
CEI 64-51 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
particolari per centri commerciali
CEI 64-52 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
particolari per edifici scolastici
CEI 64-53 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
particolari per edifici ad uso prevalentemente residenziale
CEI 64-54 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
particolari per locali di pubblico spettacolo
CEI 64-55 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
particolari per strutture alberghiere
CEI 64-56 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri
particolari per locali ad uso medico
CEI 64-57 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per
l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di
impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Impianti di
piccola produzione distribuita
CEI 64-100/1 - Edilizia residenziale. Guida per la predisposizione delle
infrastrutture per gli impianti elettrici, elettronici e per le comunicazioni
CEI 81-1 - Protezione delle strutture contro i fulmini
CEI 81-3 - Valori medi del numero dei fulmini a terra per anno e per
chilometro quadrato dei Comuni d’Italia, in ordine alfabetico
CEI 81-4 - Protezione delle strutture contro i fulmini. Valutazione del
rischio dovuto al fulmine
Per gli impianti elettrici da installare in edifici per civile abitazione bisogna tener conto, in
primo luogo, della Norma CEI 64-8
LEGGE 46/90
La legge n.46 del 1990 "Norme per la sicurezza degli impianti" e il relativo
regolamento di attuazione del 1991 hanno posto in maggior rilievo i problemi
riguardanti gli impianti tecnologici.
Alcuni obblighi introdotti dalla legge sono i seguenti:
-
i lavori devono essere affidati a imprese abilitate;
-
le imprese installatrici devono avere un responsabile con idonei requisiti
tecnico-professionali;
-
l'impresa, terminati i lavori, deve rilasciare una dichiarazione di
conformità alla regola d'arte;
-
gli impianti che superano determinati limiti, devono essere progettati da
un professionista iscritto all'albo.
-
Il sindaco, per rilasciare il certificato di abitabilità, deve acquisire la
dichiarazione di conformità.
DM 37/08
Decreto - 22 gennaio 2008 - n.37 - Regolamento concernente l'attuazione
dell'articolo 11-quaterdecies, comma 13, lettera a) della legge n.248 del 2
dicembre 2005, recante riordino delle disposizioni in materia di attività di
installazione degli impianti all'interno degli edifici.
Sono abrogati:
- gli articoli da 107 a 121 del DPR 380/01
- il DPR 447/91 e la legge 46/90 a eccezione degli articoli 8
(Finanziamento dell'attività di normazione tecnica); 14 (Verifiche); 16
(Sanzioni) con sanzioni raddoppiate.
ALTRE NORME
DPR n.547 del 1955 - "Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro"
Legge n.186 del 1968 - "Disposizioni concernenti la produzione di materiali,
apparecchiature, macchinari, installazioni e impianti elettrici ed elettronici"
Legge n.791 del 1977 - "Attuazione della direttiva del Consiglio delle
Comunità Europee relativa alle garanzie di sicurezza che deve possedere il
materiale elettrico destinato ad essere utilizzato entro alcuni limiti di tensione"
Decreto Legislativo n.626 del 1994 - riguardante il miglioramento della
sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro