Impianti e Sicurezza Elettrica

Protezione degli impianti e sicurezza elettrica
Maurizio Monticelli
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE
Sistemi elettrici per l’ambiente
1
Sommario
1)
2)
3)
4)
Classificazione degli impianti elettrici
Protezione contro le sovracorrenti
Protezione contro le sovratensioni
Protezione contro gli infortuni
elettrici
5) Impianto di messa a terra
6) Verifica caduta di tensione massima
Sistemi elettrici per l’ambiente
2
1) Classificazione degli impianti elettrici
Definizione di impianto elettrico: complesso di componenti elettrici,
anche a tensioni nominali di esercizio diverse (a ciascuna corrisponde un
sistema) destinato a una determinata funzione .
Sistemi elettrici per l’ambiente
3
1) Classificazione degli impianti elettrici
Definizione di rete di distribuzione: Impianto elettrico, destinato alla
distribuzione dell'energia elettrica agli impianti utilizzatori
Sistemi elettrici per l’ambiente
4
1) Classificazione degli impianti elettrici
Definizione di tensione nominale: valore di tensione con il quale è denominato il
sistema, nei sistemi trifasi è la tensione concatenata.
La scelta del valore della tensione nominale è un problema tecnico-economico. In prima approssimazione, a
pari potenza richiesta con l'aumentare della tensione, diminuisce il dimensionamento termico degli elementi
di un impianto (e quindi anche le perdite) però aumenta il costo per quanto attiene l'isolamento degli stessi.
Gli impianti devono essere costruiti ed eserciti in modo che 0,9 Un ≤ U ≤ 1,1 Un.
Per i sistemi di distribuzione in bassa tensione i valori nominali della tensione stabiliti dalle Norme CEI sono: 230 V fra fase e
neutro e 400 V fra le fasi per le reti trifasi a quattro conduttori.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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1) Classificazione degli impianti elettrici
Classificazione secondo la tensione nominale.
Categoria
0(1)
I(2)
II
III
Tensione continua (V)
Vn ≤ 120 non ondulata
120 < Vn ≤ 1500
1500 < Vn ≤ 30 000
30 000 < Vn
Tensione alternata (V)
Vn ≤ 50
50 < Vn ≤ 1000
1000 < Vn ≤ 30 000
30 000 < Vn
Note:
(1)I sistemi di categoria 0 vengono divisi in tre sottocategorie:
SELV (Safety Extra Low Voltage): Bassissima Tensione di Sicurezza;
PELV (Protection Extra Low Voltage): Bassissima Tensione di Protezione;
FELV (Functional Extra Low Voltage): Bassissima Tensione Funzionale.
a
(2)I sistemi di 1 categoria collegati direttamente a terra devono presentare una tensione verso terra non
superiore a 600V c.a. e 900V c.c. La tensione effettiva può variare entro le abituali tolleranze.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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1) Classificazione degli impianti elettrici
Classificazione secondo il collegamento a terra dei sistemi di categoria I
Stato del neutro della rete Collegamento della massa
Sistema
Diretto al conduttore di neutro (PEN)
TN-C A terra
Al conduttore di neutro per mezzo del
TN
TN-S A terra
conduttore di protezione (PE)
TN-C-S A terra
In parte al PEN in parte al PE
A impianto di terra locale indipendente
TT
A terra
dal neutro
Isolato o connesso a terra A impianto di terra locale separato o
IT
tramite impedenza
unito a quello del neutro
{
Note:
Prima lettera - Situazione del sistema rispetto a terra:
T = collegamento diretto a terra di un punto (in genere il neutro);
I = isolamento da terra, oppure collegamento di un punto (in genere il neutro) a terra tramite un'impedenza.
Seconda lettera - Situazione della massa rispetto a terra:
T = collegamento a terra;
N = collegamento al punto del sistema elettrico collegato a terra.
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1) Classificazione degli impianti elettrici
Stato del neutro nei sistemi di trasporto e distribuzione trifase dell’energia
elettrica
Sistemi trifasi
Stato del neutro
Motivazioni principali
(Norme CEI 99-2 e 99-3)
Sicurezza persone e limitazione
Categoria prima (reti a
A terra, direttamente tensioni di isolamento
bassa tensione)
apparecchiature collegate
Limitazione correnti di guasto
omopolare e conseguentemente
A terra, tramite
Categoria seconda (reti
reattanza (bobine di anche dei valori tensioni di passo e
a media tensione)
contatto. Maggiore selettività fra
Petersen)
protezioni ENEL e utente.
Categoria terza (reti ad
Riduzione livelli di isolamento (e
A terra, direttamente
alta tensione)
costo) degli elementi di impianto
Sistemi elettrici per l’ambiente
8
1) Classificazione degli impianti elettrici
Sistema TN: il neutro è collegato direttamente a terra. Le masse sono collegate
al conduttore di neutro, direttamente (TN-C) o tramite un conduttore di
protezione (TN-S). Il conduttore che svolge la funzione sia di conduttore di
neutro (N), sia di conduttore di protezione (PE), assume la denominazione di
conduttore PEN.
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1) Classificazione degli impianti elettrici
Sistema TT: il neutro è collegato direttamente a terra. Le masse sono collegate
a un impianto di terra locale, elettricamente indipendente da quello del neutro.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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1) Classificazione degli impianti elettrici
Sistema IT: il neutro, è isolato o connesso a terra tramite un'impedenza. Le
masse sono collegate a un impianto di terra locale, che può essere separato o
unito a quello eventuale del neutro.
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2) Protezione contro le sovratensioni
Definizione di sovratensione: tensione anomala superiore a quella di
esercizio, in base alla quale vengono dimensionati i livelli di isolamento e
predisposti i dispositivi di protezione. Le sovratensioni possono essere
originate da scariche atmosferiche o da fenomeni transitori interni alla
rete (ad es. brusche variazioni dei carichi).
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
Effetti delle sovratensione: in generale causano la sfondamento
dell’isolamento, con effetti termici più o meno devastanti: quelle più
leggere si limitato al danneggiamento degli apparati elettronici mentre
quelle più pesanti possono determinare la completa distruzione degli
impianti.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
Categoria di tenuta all’impulso degli apparecchi utilizzatori.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
La protezione contro le sovratensioni viene effettuata con appositi dispositivi chiamati
comunemente scaricatori (o SPD, Surge Protective Device). Le sovratensioni che interessano gli
impianti elettrici, sono solitamente originate da un impulso elettromagnetico causato da un fulmine
(LEMP) o da una commutazione effettuata sugli impianti (SEMP). In generale la protezione contro
l’impulso elettromagnetico si basa sul concetto di zona di protezione (LPZ). In relazione a questo
principio l’edificio da proteggere viene suddiviso in varie zone di protezione (LPZ) con valori di
rischio differenti
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
A questo riguardo la Norma CEI 81-10/4 classifica le zone di protezione in:
Zone esterne:
LPZ 0: zona in cui il pericolo è costituito dall’intero campo elettromagnetico non attenuato del fulmine e
dove gli impianti interni possono essere interessati da impulsi dovuti a tutta o parte della corrente di
fulmine. LPZ 0 é suddivisa in :
• LPZ 0A: zona in cui il pericolo è costituito dalla fulminazione diretta e dall’intero campo
elettromagnetico non attenuato del fulmine. Gli impianti interni possono essere interessati da
impulsi dovuti all’intera corrente di fulmine;
• LPZ 0B: zona protetta contro la fulminazione diretta, ma dove persiste il pericolo dell’intero campo
elettromagnetico non attenuato del fulmine. Gli impianti interni possono essere interessati da
impulsi dovuti a frazioni significative della corrente di fulmine.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
Zone interne (protette contro la fulminazione diretta):
• LPZ 1; zona in cui gli impulsi sono limitati dalla ripartizione della corrente di fulmine e dagli SPD al
confine della zona stessa; schermi locali possono attenuare il campo elettromagnetico;
• LPZ 2 … n; zone in cui gli impulsi sono ulteriormente limitati dalla ripartizione della corrente di
fulmine e da SPD al confine delle zone stesse; schermi locali addizionali possono attenuare
ulteriormente il campo elettromagnetico.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
Caratteristiche principali degli SPD
La normativa classifica gli SPD in:
Classe 1: provati con la corrente impulsiva Iimp
(10/350 µs) e con la corrente nominale di scarica
In (8/20 µs).
100 kA
Classe 2: provati con la corrente nominale di
scarica In (8/20 µs) e con la massima corrente di
scarica Imax (8/20 µs), anche se quest’ultima non è
utilizzabile ai fini della scelta dell’SPD.
20 kA
Classe 3: provati con il generatore combinato che
applica a vuoto una tensione Uoc (1,2/50 µs) ed in
corto circuito una corrente presunta In (8/20 µs).
Classe 4: provati con sollecitazioni inferiori a
quelle previste per la classe 3
Sistemi elettrici per l’ambiente
6 kA
3 kA
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2) Protezione contro le sovratensioni
Esempi di utilizzo
Sistemi elettrici per l’ambiente
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2) Protezione contro le sovratensioni
Esempi di utilizzo
Sistemi elettrici per l’ambiente
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Sovraccarico
Può essere:
funzionale (per esempio: corrente di spunto nella
fase di avviamento di un motore);
anomalo (per esempio: eccessivo inserimento di
carichi elettrici, rispetto a quelli previsti).
Sistemi elettrici per l’ambiente
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Sovraccarico
Il sovraccarico provoca il
riscaldamento anomalo dei
componenti con
conseguente:
•
•
•
decadimento delle caratteristiche
meccaniche dei metalli;
decadimento delle caratteristiche
dielettriche degli isolanti;
pericolo di incendi.
Curve di invecchiamento isolamento dei cavi
La durata di vita convenzionale si riduce quando si supera la temperatura di riferimento per un certo tempo.
Si è assunto che un cavo possa subire fino a 100 eventi di sovracorrente convenzionali (quindi anche di sovratemperatura)
nell’arco della sua vita, ciascuno dei quali abbia il medesimo effetto di invecchiamento sul cavo.
Considerando una riduzione di vita totale del 10% rispetto alla vita convenzionale corrispondente alla massima temperatura
ammessa in funzionamento normale (70°C per il PVC), ciascun evento di sovracorrente convenzionale provoca una
riduzione della vita del cavo pari allo 0,1% della vita convenzionale.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Sovraccarico degli utilizzatori e delle condutture e relativa
protezione secondo le Norme CEI 64-8
Alimentazione
Utilizzatore
Sovraccaricabile:
-motore
-presa a spina
Conduttura di
alimentazione di un Non sovraccaricabile:
singolo utilizzatore -utilizzatore termico
(linea di
-apparecchio di illuminazione
alimentazione)
Singolarmente protetto contro i sovraccarichi
In luoghi con pericolo di esplosione o di incendio
Sovraccaricabile e singolarmente protetto:
-quadro di distribuzione
-quadro di alimentazione e di comando di un
utilizzatore complesso
Conduttura di
alimentazione di un -linea dorsale (conduttura con derivazioni)
gruppo di utilizzatori
Non sovraccaricabile:
-utilizzatori termici
-apparecchi di illuminazione
Criterio di
dimensionamento(3)
Conduttura
Possibilità di
sovraccarico
Protezione contro
il sovraccarico
In ≤ Iz
Sì
Richiesta
Ib ≤ Iz
No
Non richiesta
In ≤ Iz
No
Non richiesta(1)
In ≤ Iz
(2)
Richiesta
ΣIni ≤ Iz
(fc = 1)
No
Non richiesta
ΣIni > Iz
(fc < 1)
Sì
Richiesta
No
Non richiesta
Sì
Richiesta
ΣIbi ≤ Iz
(fc = 1)
ΣIbi > Iz
(fc < 1)
(1) Poiché la protezione propria contro i sovraccarichi dell'utilizzatore è prevista in relazione alle esigenze di quest'ultimo, è necessario che essa sia anche atta a prevenire il
sovraccarico della conduttura.
(2) Le norme CEI comprendono fra le condutture soggette a sovraccarico tutte le condutture installate nei luoghi con pericolo di esplosione o di incendio.
(3) fc = fattore di contemporaneità.
Ib = corrente di impiego che percorre la conduttura in condizioni normali;
In = corrente nominale del dispositivo di protezione;
Sistemi elettrici per l’ambiente
Iz = corrente corrispondente alla portata della conduttura.
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Cortocircuito
Dalla norma CEI 11-25:
•
•
•
Corrente simmetrica iniziale di cortocircuito
(I”k): valore efficace della componente
simmetrica alternata di una corrente
presunta (esistente) di cortocircuito,
nell’istante in cui si manifesta il
cortocircuito, se l’impedenza conserva il suo
valore iniziale.
Corrente di cortocircuito permanente (Ik):
valore efficace della corrente di cortocircuito
che rimane dopo l’estinzione dei fenomeni
transitori.
Valore di cresta della corrente di
cortocircuito (ip): massimo valore istantaneo
possibile della corrente presunta (esistente)
di cortocircuito.
LEGENDA
a = Corrente
b = Inviluppo superiore
c = Componente continua ic.c. della corrente di cortocircuito
d = Tempo
e = Inviluppo inferiore
I”k = corrente iniziale simmetrica di cortocircuito.
ip = valore di cresta della corrente di cortocircuito.
Ik = corrente di cortocircuito permanente.
ic.c = componente continua (aperiodica) della corrente di cortocircuit o
A = valore iniziale della componente aperiodica.
Sistemi elettrici per l’ambiente
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Calcolo semplificato delle correnti di cortocircuito nei sistemi TN
Icc =
Valore efficace della corrente di cortocircuito (Icc ):
Corrispondente anche ai valori ef f icaci di Ik e di I” k.
U cc
Z cc
dove:
Ucc : è la tensione f ra le parti prima del cortocircuito.
Z cc : è l’impedenza complessiva dell’anello di guasto.
cos cc =
Fattore di potenza di cortocircuito (coscc ):
Rcc
Z cc
dove:
Rcc : è la resistenza complessiva dell’anello di guasto.
Z cc : è l’impedenza complessiva dell’anello di guasto.
ip = K 2 I cc
dove K: è il coef f iciente ricavabile dal seguente graf ico in f unzione del
rapporto f ra R/X o X/R.
Valore di cresta della corrente di cortocircuito (i p):
Cortocircuito fase-fase (L-L):
(Ucc ) Tensione di Cortocircuito e
(Z cc ) Impedenza dell’anello di guasto
Cortocircuito fase-fase (L-N):
(Ucc ) Tensione di Cortocircuito e
(Z cc ) Impedenza dell’anello di guasto
Cortocircuito simmetrico ed equilibrato sulle tre fasi
(L-L-L):
(Ucc ) Tensione di Cortocircuito e
(Z cc ) Impedenza dell’anello di guasto
Dove:
U o = tensione stellata (f ase-neutro), pari nelle reti italiane, a 230 V
Ucc =
3U o
Z CC  2 ( RE   RL ) 2  ( X E   X L ) 2
Ucc = U o
Z CC 
( RE   RL   RN ) 2  ( X E   X L   X N ) 2
Ucc = U o
Z CC 
RE e XE = resistenza e reattanza equivalente secondaria trasformatore
RL e XL = resistenza e reattanza di f ase delle condutture
RN e XN = resistenza e reattanza di neutro delle condutture
( RE   RL ) 2  ( X E   X L ) 2
Sistemi elettrici per l’ambiente
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Correnti di cortocircuito nei sistemi TT
I sistemi TT, sono caratterizzati da potenze che oscillano in genere fra i 3-6 kW
monofase fino ad arrivare ad un massimo di 50-75 kW trifase. Il fornitore dell’energia
provvede ad alimentare queste utenze direttamente in bassa tensione dalle proprie
cabine di trasformazione MT/bt. La Norma CEI 0-21 fornisce i valori di riferimento per
la corrente di cortocircuito massima .
Tipo fornitura
Icc (kA)
Zcc (m)
Monofase
Trifase (guasto monofase)
Trifase Pc  33 kW
Trifase Pc > 33 kW
6
6
10
15
38
38
40
27
Fattore di
Potenza
0,7
0,7
0,5
0,3
Rcc
(m)
26,6
26,6
20
8,1
Xcc
(m)
26,6
26,6
34,6
25,7
Nota: i valori indicati sono basati sull’utilizzo di trasformatori MT/BT di potenza non superiore a 630
kVA, con Vcc pari al 6 %. Per trasformatori esistenti di caratteristiche diverse (Vcc inferiore al 6 %
e/o taglia superiore) in fase di nuova connessione il Distributore comunica la corrente di
cortocircuito presunta ai fini del dimensionamento delle apparecchiature, qualora i valori al punto di
connessione siano superiori ai valori convenzionali adottati dalla Norma.
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3) Protezione contro le sovracorrenti
Effetti del cortocircuito
Effetti termici: il corto circuito è caratterizzato da elevate correnti che per
ovvie ragioni debbono essere interrotte in tempi abbastanza rapidi, tramite
fusibili o interruttori automatici. L’effetto termico del corto circuito è
caratterizzato da un’energia pari a:
I2∙t
dove I è la corrente di corto circuito (in valore efficace) e t il tempo in cui essa
perdura; esso può essere causa di:
• innesco di incendi o esplosioni;
• ustioni e danneggiamento agli occhi delle persone;
• danneggiamento di apparati elettrici;
• danneggiamento termico delle conduttore.
Sistemi elettrici per l’ambiente
27
3) Protezione contro le sovracorrenti
Effetti del cortocircuito
Sistemi elettrici per l’ambiente
28
3) Protezione contro le sovracorrenti
Effetti del cortocircuito
Forze elettrodinamiche unitarie tra due conduttori in funzione della distanza e del valore
effettivo della corrente (valore di cresta) in kA. Ascisse: distanza fra i conduttori, in cm;
ordinate: forza elettrodinamica, in kg/m.
Sistemi elettrici per l’ambiente
29
1) Protezione contro le sovracorrenti
La protezione contro le sovracorrenti
può essere realizzata con:
• dispositivi che assicurano
contemporaneamente la protezione
contro il cortocircuito e il
sovraccarico;
• dispositivi che assicurano
unicamente la protezione contro i
cortocircuiti;
• dispositivi che assicurano
unicamente la protezione contro i
sovraccarichi.
Sistemi elettrici per l’ambiente
30
1) Protezione contro le sovracorrenti
La protezione contro i cortocircuiti è sempre richiesta e deve essere
posta all’inizio della conduttura da proteggere, è ammesso
l’installazione del dispositivo di protezione fino a 3 metri di distanza
dall'origine della conduttura, purché il tratto non protetto sia
realizzato in modo:
• da ridurre al minimo il pericolo di corto circuito;
• che anche in caso di corto circuito sia ridotto al minimo il pericolo
di incendio o di danno per le persone.
Il dispositivo P non assicura la protezione contro i
cortocircuiti del tratto di conduttura OV, ma il tratto
OV’ è costruito in modo tale da ridurre al minimo i
rischi di cortocircuito e non è installato in vicinanza
di materiali combustibili. Il dispositivo P′ protegge
la derivazione OV contro i sovraccarichi, e il tratto
VV′ anche contro i cortocircuiti
Sistemi elettrici per l’ambiente
31
1) Protezione contro le sovracorrenti
La protezione contro i sovraccarichi non è necessaria nei seguenti
casi:
- condutture di minor sezione derivate direttamente da altre
condutture che risultino comunque protette dai dispositivi posti a
protezione della conduttura di sezione maggiore;
Il dispositivo P assicura la
protezione contro i
sovraccarichi e i
cortocircuiti anche della
conduttura OV di sezione
S2
• condutture che alimentano direttamente (assenza di prese a spina)
dispositivi che per loro natura non possano dar luogo a
sovraccarichi (es. illuminazione e resistenze elettriche);
• impianti di telecomunicazione, comando, segnalazione e simili.
Sistemi elettrici per l’ambiente
32
1) Protezione contro le sovracorrenti
Occorre in ogni caso proteggere dai
sovraccarichi le condutture poste nei luoghi a
maggior rischio in caso d’incendio (strutture
portanti in materiale combustibile, elevato carico
d’incendio, elevata presenza di persone)
A differenza della protezione contro il
cortocircuito, la protezione contro i
sovraccarichi può essere posizionata (a
prescindere dalla distanza) anche lungo il
percorso della conduttura
Sistemi elettrici per l’ambiente
Il dispositivo P non assicura la
protezione contro i sovraccarichi del
tratto di conduttura OV (S2 < S1). Il
dispositivo P′ protegge la
derivazione OV contro i
sovraccarichi
33
1) Protezione contro le sovracorrenti
E’ vietato proteggere dai
sovraccarichi i circuiti di sicurezza
(es. alimentazione lampade di
sicurezza e pompe antincendio).
In generale la protezione contro le
sovracorrenti (sovraccarichi e
cortocircuiti) non è comunque
richiesta in caso in cui la sorgente
di alimentazione possa fornire una
corrente massima non superiore alla
portata della conduttura (un
esempio tipico possono essere i
sistemi fotovoltaici).
Sistemi elettrici per l’ambiente
34
1) Protezione contro le sovracorrenti
Definizioni
Corrente di impiego di un circuito (Ib): Corrente che può fluire in un
circuito nel servizio ordinario. In regime permanente la corrente di
impiego corrisponde alla più grande potenza trasportata dal circuito in
servizio ordinario tenendo conto dei fattori di utilizzazione e di
contemporaneità. In regime variabile si considera la corrente
termicamente equivalente che, in regime continuo, porterebbe gli
elementi del circuito alla stessa temperatura.
Portata di una conduttura (Iz): Massimo valore della corrente che può
fluire in una conduttura, in regime permanente ed in determinate
condizioni, senza che la sua temperatura superi un valore specificato
(70°C per il PVC e 90°C per la gomma o EPR).
Sistemi elettrici per l’ambiente
35
1) Protezione contro le sovracorrenti
Definizioni
Corrente nominale di un dispositivo (In): Corrente assegnata dal
costruttore, che il dispositivo di protezione è destinato a portare in
servizio ininterrotto ad una temperatura ambiente di riferimento
specificata (30° C).
Corrente convenzionale di funzionamento di un dispositivo (If): Valore
specificato di corrente che provoca l’intervento del dispositivo di
protezione entro un tempo specificato, denominato tempo
convenzionale (tc), pari a:
Potere di corto circuito (Pc):
• interruttori automatici:
Componente alternata della corrente
• tc = 1h -> In  63 A
• tc = 2h -> In >63A
presunta, espressa nel suo valore
• fusibili:
efficace, che l’interruttore è concepito
• tc = 1h -> In  63 A
per stabilire, per portare per il suo
• tc = 2h -> 63< In  160 A
tempo di apertura e per interrompere
• tc = 3h -> 160 < In  400A
• tc = 4h -> In > 400A
sotto condizioni specificate.
Sistemi elettrici per l’ambiente
36
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Sistemi elettrici per l’ambiente
37
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Coefficiente di utilizzazione (ku) e di contemporaneità (kc) per utenze industriali
Tipo di utilizzazione
Illuminazione
ku
Numero
kc
1
qualsiasi
0,8
24
5  10
11  20
> 20
24
5  10
11  20
> 20
24
5  10
11  20
> 20
24
5  10
11  20
> 20
0,8
0,6
0,5
0,4
0,85
0,65
0,55
0,45
0,90
0,70
0,60
0,50
0,95
0,75
0,65
0,55
Motori da 0,5 a 2 kW (*)
0,80
Motori da 2,5 a 10 kW (*)
0,85
Motori da 2,5 a 30 kW (*)
0,90
Motori oltre i 30 kW (*)
0,95
Forni a resistenza
Saldatrici
Macchine utensili, trasportatori
Ascensori, impianti di sollevamento
1
0,7  1
0,6  0,8
0,8  1
Stessi valori specificati per i
motori in funzione del
numero e della potenza
(*) Valori validi per tutti i motori facenti parte di apparecchi e macchinari funzionanti in modalità on-off, nel caso di utilizzo di inverter occorre considerare un ulteriore
coefficiente di riduzione pari a 0,8.
Sistemi elettrici per l’ambiente
38
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Coefficiente di utilizzazione (ku) e di contemporaneità (kc) per
utenze civili
Tipo di utilizzazione
ku
Numero
kc
0,8
24
0,6
5  10
Illuminazione
1
0,5
11  20
> 20
0,4
24
0,8
5  10
0,6
Elettrodomestici(*)
0,80
11  20
0,5
> 20
0,4
0,90
24
0,70
5  10
Macchine da ufficio
0,5
0,60
11  20
> 20
0,50
24
0,70
Ascensori, impianti di sollevamento
0,8  1
> 5
0,60
(*) Valori validi per tutti gli elettrodomestici funzionanti in modalità on-off, nel caso di
utilizzo di inverter occorre considerare un ulteriore coefficiente di riduzione pari a 0,8.
Sistemi elettrici per l’ambiente
39
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Dimensionamento circuiti alimentanti prese a spina
Per il dimensionamento dei circuiti relativi alle prese
a spina destinate ai servizi generali, ovvero , la cui
potenza degli utilizzatori da collegare non è nota in
fase di progetto si prende come riferimento per il
dimensionamento della portata Iz della linea di
alimentazione e per la corrente nominale In del
dispositivo di protezione la corrente nominale delle
prese a spina (es. 10 o 16 A). Mentre ai fini della Ib si
considera un valore forfettario percentuale stimabile
ad esempio sulla base della potenza complessiva
degli utilizzatori fissi (10-15%).
Sistemi elettrici per l’ambiente
40
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Sulla base dei valori delle Ib relative a
ciascun circuito si determina la Ibq dei
rispettivi quadri e poi da queste le Ibs
dei quadri posti a livello superiore fino
ad arrivare al punto di consegna
dell’energia, sulla base delle seguenti
relazioni:
Ibq=∑Ib ∙kcq (A);
Ibs=∑Ibq∙kcq (A)
Ibs
Q1
Ibq
Q1.1
Ibq
Q1.2
dove: kcq è il coefficiente di contemporaneità fra
quadri e circuiti diversi; tale valore deve essere
Ib
Ib
stabilito di volta in volta sulla base delle
caratteristiche delle utenze alimentate da
ciascun quadro o circuito. In mancanza di
informazioni precise è possibile prendere come
riferimento i valori riportati nella tabella che
segue.
Sistemi elettrici per l’ambiente
Ibq
Q1.3
Ib
41
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Coefficiente di contemporaneità fra quadri e circuiti diversi (kcq)
Numero
circuiti/quadri
1
24
5  10
> 10
kcq
Utenze civili
1
0,8
0,6
0,4
Utenze industriali
1
0,9
0,8
0,7
Sistemi elettrici per l’ambiente
42
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Sistemi elettrici per l’ambiente
43
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Potenza specifica installata al m2 relativa agli usi generali (kmq)
e al condizionamento (kcd)
Tipo di attività/utilizzatore
Cartiera
Industria tessile
Industria elettronica
Officina meccanica
Falegnameria
Ospedali
Uffici /Scuole/Alberghi
Abitazioni
kmq (VA/m2)
100
80
75
60
50
40
30
25
Condizionamento (kcd)
- funzionamento solo estivo (raffrescamento) = 25 (VA/m2);
- funzionamento invernale e estivo (raffrescamento e riscaldamento) = 35 (VA/m2);
Sistemi elettrici per l’ambiente
44
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione dei carichi convenzionali (Ib)
Potenza specifica installata al m2 relativa all’illuminazione (kil)
Ambienti
Livello tipici di illuminamento E (LUX)
(min/max)
Livello di efficienza lampade
Altissima > 100 lm/W (es. LED)
Alta 80 lm/W (es. Fluorescenti tubolari)
Media 60 lm/W (es. Bulbo)
Bassa 20 lm/W (es. incandescenza)
Abitazioni
Lavorazioni
pesanti
50
100
0,63
1,25
1,67
5,00
75
0,94
1,88
2,50
7,50
1,25
2,50
3,33
10,00
200
Uffici/Scuole/Alberghi
250
400
Coefficiente kil (VA/m2)
2,50
3,13
5,00
5,00
6,25
10,00
6,67
8,33
13,33
20,00
25,00
40,00
Lavorazioni fini
500
750
6,25
12,50
16,67
50,00
9,38
18,75
25,00
75,00
Sistemi elettrici per l’ambiente
45
1) Protezione contro le sovracorrenti
Cavi elettrici
Composizione strutturale dei cavi
Sistemi elettrici per l’ambiente
46
1) Protezione contro le sovracorrenti
Cavi elettrici
Colori distintivi
La normativa prevede di identificare i conduttori con l'uso di determinati colori (CEI 16-4):
• nero: fase 1 (L1);
• marrone: fase 2 (L2);
• grigio: fase 3 (L3);
• blu chiaro: conduttore di neutro (N) e mediano (M), in un cavo multipolare, in assenza di conduttore di
neutro (o mediano) può essere utilizzato anche come conduttore di fase;
• bicolore gialloverde: conduttore di protezione (PE) e conduttore equipotenziale di protezione (PB);
Nei sistemi TN-C per il conduttore di protezione + neutro ( PEN), quando isolato,\ sono ammesse le
seguenti colorazioni: gialloverde per tutta la lunghezza con le marcature aggiuntive in blu alle
terminazioni, oppure blu per tutta la lunghezza con le marcature aggiuntive in giallo-verde alle
terminazioni.
Per i quadri bordo macchina (CEI 44-5 − EN 60204-1), sono previste le seguenti colorazioni:
• nero: circuiti di potenza, in c.a. e c.c.;
• rosso: circuiti di comando, in c.a.;
• blu: circuiti di comando, in c.c.;
• arancio: circuiti di comando di interblocco alimentati da una sorgente di energia esterna.
Sono ammessi altresì le seguenti colorazioni: blu, rosso, arancione, viola, grigio, bianco, rosa, turchese,
inoltre possono essere utilizzati singolarmente anche il giallo e il verde purché non ci sia il rischio di
confusione con i conduttori di protezione.
Sistemi elettrici per l’ambiente
47
1) Protezione contro le sovracorrenti
Determinazione della portata di una conduttura (Iz)
Portata della conduttura: Iz = Ip  K1  K2  K3  K4  K5  K*= (A)
dove:
K1 (tipo di circuito), pari a:
• 1: per i circuiti trifase;
• 1,1: per i circuiti monofase.
K2 (tipo di cavo), pari a:
• 1: per cavi multipolare;
• 1,1: per cavi unipolari.
K3 (tipo di isolante), pari a:
• 1 per conduttori in PVC;
• 1,3 per conduttori in EPR.
K4 (tipo di posa), pari a:
• 1: per posa in parete isolante;
• 1,15: per posa in aria su parete (ad es.: tubo o canale chiuso a vista o incassato),
• 1,33: per posa in aria libera fissato alla parete (ad es.: passerella non forata);
• 1,39: per posa in aria libera distanziata dalla parete (ad es.: passerella forata.
K5 (n. circuiti ravvicinati), pari a:
• 1: per 1 circuito;
• 0,8: per 2 circuiti;
• 0,7: per 3 circuiti;
• 0,65: per 4 circuiti;
• 0,60: per 5 circuiti;
• 0,55: 6-7 circuiti;
• 0,50: 8-10 circuiti.
K* (conduttori in parallelo), pari a:
• 0,95 / 0,90: per 2 / 3 conduttori in parallelo di 150 mm 2
• 0,90 / 0,80: per 2 / 3 conduttori in parallelo di 185 mm 2
• 0,85 / 0,75: per 2 / 3 conduttori in parallelo di 240 mm 2
S (mm2)
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
(Ip) (A)
13
17,5
23
29
39
52
68
83
99
125
150
172
196
223
261
Sistemi elettrici per l’ambiente
48
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Fusibili: a coltello e cilindrici.
Interruttori automatici: (a)
di tipo aperto; (b) in
scatola plastica; (c) a poli
accoppiati (modulari).
Correnti nominali (In) dei dispositivi di protezione contro le sovracorrenti (A):
5 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 63 – 80 – 100 – 125 – 160 – 200 – 250 – 320 – 400 – 500 – 630
– 800 – 1000 – 1250 – 1600 – 2000 – 2500 – 3200 - 4000
Sistemi elettrici per l’ambiente
49
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito
Sistemi elettrici per l’ambiente
50
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito
Sistemi elettrici per l’ambiente
51
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito
Interruzione della corrente in un fusibile limitatore: (a)
valore istantaneo della corrente di cortocircuito
presunta; (b) valore istantaneo della corrente interrotta
limitata; ICR, valore di cresta della corrente interrotta
limitata; Ip, corrente di picco limitata; tpa, durata di
prearco; ta, durata di arco; tf, durata di funzionamento.
Sistemi elettrici per l’ambiente
52
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Tipo di
cartuccia
gG
gG
gM
aM
Schema di
principio
Applicazione
Protezione di condutture contro il sovraccarico e
il corto circuito
Protezione di sezioni di quadro di distribuzione o
comando motori, per ridurre il valore della
corrente di corto circuito a monte di circuiti di
piccola portata
Protezione di condutture con utilizzatori non
soggetti a sovraccarico (impianti di
illuminazione, carichi resistivi ecc.)
aM
Protezione di conduttore con utilizzatori che non
devono essere protetti contro il sovraccarico
(circuiti di sicurezza, pompe antincendio, ecc.)
aM
Protezione serie per avviatori ai fini della
riduzione del valore della corrente di cortocircuito
aM
Protezione serie per relè termici
aM: protezione motori (solo cortocircuiti)
gM: protezione generale (sovraccarichi e cortocircuiti) motori
gG: protezione generale (sovraccarichi e cortocircuiti).
Sistemi elettrici per l’ambiente
Quadro sinottico
delle applicazioni
tipiche dei fusibili
nelle reti di bassa
tensione
53
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Caratteristiche
tempo-corrente
fusibili industriali
NH a coltello – Tipo
gG
Sistemi elettrici per l’ambiente
54
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Interruttore automatico sezionato, con in evidenza il relè termico
e il relè elettromagnatico
Sistemi elettrici per l’ambiente
55
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Principali elementi di un interruttore automatico: a. leva di comando – b. contatto
mobile imperniato sulla leva di comando – c. molle per chiusura ed apertura rapida d. leva a falce per l’apertura automatica – e. dente di aggancio – f. lamina bimetallica
(sganciatore termico) [f1. bimetallo, f2. treccia di collegamento, f3. dispositivo di
sgancio] – g. elettromagnete (sganciatore magnetico) – h. cella spegni arco (dejon)
Sistemi elettrici per l’ambiente
56
1) Protezione contro le sovracorrenti
Caratteristiche dispositivi di protezione contro le
sovracorrenti
Caratteristiche
tempo-corrente
interruttori
automatici per uso
domestico e similare
t
m
{
{
A
B
C
D
l1 (t ≥1 h)
1,13 × In
1,13 × In
1,13 × In
1,13 × In
l2 (t < 1 h)
1,45 × In
1,45 × In
1,45 × In
1,45 × In
l4 (t ≥ 0,1 s)
2 × In
3 × In
5 × In
10 × In
l5 (t < 0,1 s)
3 × In
5 × In
10 × In
20 × In
t = sganciatore termico
m = sganciatore elettromagnetico
Sistemi elettrici per l’ambiente
57
1) Protezione contro le sovracorrenti
Protezione contro i sovraccarichi
La Norma CEI 64-8 stabilisce che la
protezione contro i sovraccarichi è assicurata
se sono rispettate entrambe le seguenti
relazioni:
Ib ≤ In ≤ Iz + If ≤ 1,45 Iz
Se la conduttura è composta da più tratti
aventi portate diverse, il dispositivo di
protezione deve essere inserito in modo tale
da proteggere il tratto con portata più piccola.
Sistemi elettrici per l’ambiente
58
1) Protezione contro le sovracorrenti
Protezione contro i sovraccarichi
If ≤ 1,45 Iz
Il valore di If (corrente di intervento) rispetto a In (corrente nominale) nei vari dispositivi
di protezione è pari a:
• Interruttori per uso domestico (CEI 23-3): If = 1,45 In -> In  Iz -> Iz/In (kn) = 1
• Interruttori per uso industriale (CEI 17-5): If = 1,30 In -> In  Iz -> Iz/In (kn) = 1
• Fusibili (In > 63 A): If = 1,60 In -> In  0,91Iz -> Iz/In (kn) = 0,91
• Fusibili (25A < In  63 A): If = 1,75 In -> In  0,83Iz -> Iz/In (kn) = 0,83
• Fusibili (5A < In  25 A): If = 1,90 In -> In  0,76Iz -> Iz/In (kn) = 0,76
• Fusibili (In < 5 A): If = 2,10 In -> In  0,69Iz -> Iz/In (kn) = 0,69
Per la scelta della protezione contro i sovraccarichi si adotta la seguente procedura:
a)nota la potenza e le caratteristiche del carico da alimentare si determina la Ib
b)si sceglie un dispositivo di protezione tale che: In ≥ Ib;
c)sulla base della In del dispositivo di protezione si determina la portata minima richiesta:
Izmin ≥ In / kn
d)sulla base della Izmin noti il tipo di conduttura e le modalità/condizioni di posa si sceglie
(arrotondando per eccesso) la sezione minima commerciale tale che: Izcom ≥ Izmin.
Sistemi elettrici per l’ambiente
59
1) Protezione contro le sovracorrenti
Protezione contro i cortocircuiti
I dispositivi di protezione contro i cortocircuiti devono:
•avere (salvo il caso di protezione in serie) un potere di interruzione almeno uguale alla corrente di
cortocircuito presunta nel punto di installazione calcolata nelle condizioni peggiori (cortocircuito
trifase);
•intervenire in un tempo massimo compatibile con la sovratemperatura sopportabile dai componenti
da proteggere;
•intervenire con le minime correnti di cortocircuito;
Queste condizioni si verificano per le condutture con la formula sotto riportata, purché la durata del
cortocircuito non superi i 5 s:
I2∙t ≤ K2∙S2
dove:
•(I² t) è l'integrale di Joule per la durata del cortocircuito (in A² ∙ s);
•S è la sezione dei conduttori (in mm²); se il cortocircuito impegna conduttori di diversa sezione, per S si assume la
sezione del conduttore di sezione inferiore;
•K è uguale a:
•
•
•
•
•
115 per i cavi in rame isolati in PVC;
135 per i cavi in rame isolati con gomma naturale e gomma butilica;
143 per i cavi in rame isolati con gomma etilenpropilenica e polietilene reticolato (EPR);
74 per i cavi in alluminio isolati con PVC;
87 per i cavi in alluminio isolati con gomma ordinaria, gomma butilica; gomma etilenpropilenica e polietilene reticolato;
•
115 corrispondente ad una temperatura di 160 °C, per le giunzioni saldate a stagno tra conduttori in rame.
Sistemi elettrici per l’ambiente
60
1) Protezione contro le sovracorrenti
Protezione contro i cortocircuiti
Esempio grafico energia specifica passante I 2 t
I2t
In (A)
6 10 16 20 25 32 40 50
63
3
2
max (10 A s) 10 30 70 120 220 450 550 1000 1600
Valori limite K2S2 relativi ad alcune
tipologie di cavo in uso
S (mm2)
K
PVC 115
EPR 143
1,5 2,5
4
6
10
16
25
35
50
70
K2S2 (103 A2s)
30 83 212 476 1.323 3.386 8.266 16.201 33.063 64.803
46 128 327 736 2.045 5.235 12.781 25.050 51.123 100.200
Per quanto riportato al par. 435.1 della norma CEI 64-8/4 non è necessario procedere alla verifica
della protezione dai cortocircuiti per quei circuiti protetti da un unico dispositivo (per esempio un
interruttore magnetotermico) avente caratteristiche tali da proteggere gli stessi contro i
sovraccarichi e con un potere di interruzione non inferiore alla massima corrente di cortocircuito
presunta nel punto di installazione.
Sistemi elettrici per l’ambiente
61
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Pericolosità della corrente elettrica
Il passaggio della corrente elettrica attraverso il
corpo umano può provocare numerose alterazioni
che debbono essere messe in relazione
essenzialmente alla frequenza, all’ampiezza e alla
durata. Gli effetti principali sono:
a)
Percezione.
b)
Tetanizzazione.
c)
Effetti reversibili lievi (difficoltà di respirazione
e piccoli disturbi cardiaci).
d)
Effetti reversibili gravi (blocco della
respirazioni e ustioni di media entità).
e)
Effetti irreversibili (arresto cardiaco,
fibrillazione ventricolare e ustioni gravi).
Sistemi elettrici per l’ambiente
62
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Grado di protezione relativo alla penetrazione (codice
IP) norma CEI 70-1
I componenti degli impianti possono essere protetti con:
• ostacoli, contro il contatto involontario;
• barriere, contro i contatti diretti;
• involucri, per assicurare specifici gradi di protezione.
La norma CEI 70-1 descrive un sistema di classificazione dei gradi di
protezione IP relativo agli involucri di macchine, apparecchi e componenti
elettrici.
Essa si occupa degli involucri in relazione a quanto in essi contenuto, con
riferimento a:
• la protezione delle persone contro l'accesso alle parti pericolose interne
all'involucro;
• la protezione dell'apparecchiatura all'interno dell'involucro contro la
penetrazione di corpi solidi estranei;
• la protezione dell'apparecchiatura all'interno dell'involucro contro gli effetti
dannosi provocati dalla penetrazione dell'acqua.
Sistemi elettrici per l’ambiente
63
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Grado di protezione relativo alla penetrazione (codice IP) norma CEI 70-1
La prima cifra prevede sia la prova relativa alla protezione contro l'accesso a parti
pericolose congiuntamente a quella relativa alla penetrazione di corpi solidi estranei.
Nell'eventualità che l'involucro per quanto riguarda la prova relativa all'accesso a parti pericolose presenti una
protezione maggiore a quella corrispondente alla prima cifra, è possibile utilizzare le lettere addizionali corrispondenti
riportate nella seguente tabella.
Protezione contro l’accesso a parti pericolose.
1a cifra caratteristica
1
2
3
4-5-6
3a lettera addizionale
A
B
C
D
Protezione delle persone al
contatto con
Dorso della mano
Dito
Attrezzo
Filo
Calibro di prova
Impiego consentito
Sfera Ø 50 mm
Dito di prova Ø12 mm
Filo rigido Ø 2,5 mm
con sfera di fermo
Luoghi chiusi
(accessibili solo a
persone autorizzate)
Luoghi accessibili
anche a persone non
addestrate
Luoghi dove si usano
piccoli utensili
(cacciaviti)
Filo rigido Ø 1mm
con sfera di fermo
Luoghi dove si usano
oggetti filiformi
Sistemi elettrici per l’ambiente
64
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Grado di protezione relativo alla penetrazione (codice IP) norma CEI 70-1
Protezione dalla penetrazione di corpi solidi estranei
Sistemi elettrici per l’ambiente
65
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Grado di protezione relativo alla penetrazione (codice IP) norma CEI 70-1
Protezione dalla penetrazione di corpi liquidi
Sistemi elettrici per l’ambiente
66
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Soglie di percezione e di tetanizzazione
Soglia di percezione (in relazione
alla frequenza):
Soglia di tetanizzazione (in
relazione alla frequenza):
Corrente continua: > 2 mA
Corrente continua: > 300 mA
Corrente alternata:
Corrente alternata:
- 15  100 Hz: > 0,5 mA
- 15  100 Hz: > 10 mA
- 100  1000 Hz: 0,5 ≥ 1 mA
- 100  1000 Hz: 10
- 1  10 kHz: 1  7,5 mA
- 1  10 kHz: 18
- 10  100 kHz: 7,5  100 mA
- > 10 kHz: valore non definito
18 mA
50 mA
- > 100 kHz: > 100 mA
Sistemi elettrici per l’ambiente
67
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Effetti della corrente elettrica in corrente alternata a frequenza industriale
(da 15 a 100 Hz), percorso mano sinistra piedi.
Zone
AC-1
AC-2
AC-3
AC-4 1)
Confini
Effetti fisiologici
Sino a 0,5 mA
curva a
0,5 mA sino
alla curva b
Possibile la percezione, ma normalmente nessuna reazione
c1-c2
AC-4.1 La probabilità di fibrillazione ventricolare aumenta sino
a circa il 5 %.
AC-4.2 La probabilità di fibrillazione ventricolare aumenta sino
a circa il 50 %.
AC-4.3 La probabilità di fibrillazione ventricolare supera il 50 %.
Percezione e contrazioni muscolari involontarie probabili, ma
normalmente nessun effetto fisiologico dannoso dovuto alla
corrente elettrica
Oltre la curva b Forti contrazioni involontarie dei muscoli. Difficoltà di
respirazione. Disturbi reversibili delle funzioni cardiache. Può
verificarsi l'immobilizzazione. Gli effetti aumentano con
l'intensità della corrente. Normalmente non sono previsti danni
agli organi
Oltre la curva Possono verificarsi effetti patofisiologici, come l'arresto
cardiaco, il blocco respiratorio ed ustioni o altri danni cellulari.
c1
La probabilità di fibrillazione ventricolare aumenta con
l'intensità della corrente e con la durata
c2-c3
Oltre la curva
c3
1) Per durate della corrente inferiori a 200 ms, la fibrillazione ventricolare inizia solamente
all'interno del periodo vulnerabile quando vengono superate le soglie corrispondenti. Per
quanto riguarda la fibrillazione ventricolare, questo valore si riferisce agli effetti della
corrente che circola nel percorso mano sinistra-piedi. Per altri percorsi di corrente, deve
essere preso in considerazione il fattore di percorso.
Prendendo in esame il grafico sopra riportato la curva da prendere come riferimento ai fini della sicurezza è la c1 in
quanto delimita la zona AC-3 all’interno della quale “normalmente non sono previsti danni agli organi”.
Sistemi elettrici per l’ambiente
68
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Impedenza del corpo umano
L’impedenza totale del corpo umano Zt è data da:
Zp1+Zp2 (impedenza della pelle) + Zi (impedenza interna)
Impedenza della pelle: per tensioni di contatto fino a 50 V il valore dell’impedenza della pelle varia notevolmente con
l’area di contatto, temperatura umidità, ecc.; mentre per valori di tensione superiori a 100 V tale valore risulta
trascurabile a causa della perforazione della pelle.
Impedenza interna: essenzialmente è una resistenza e il suo valore dipende principalmente dal percorso.
Impedenza totale: per tensioni di contatto fino a 50 V può variare ampiamente per effetto dell’impedenza della pelle
oltre 100 V si può considerare pari al valore dell’impedenza interna (Zi)
Sistemi elettrici per l’ambiente
69
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Impedenza del corpo umano
Valori statistici dell’impedenza totale del corpo umano per esseri viventi, dovuti al
percorso mano-mano o mano piede, per tensioni di contatto fino a 5.000 V.
Sistemi elettrici per l’ambiente
70
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Resistenza del corpo umano a 230V
La normativa CEI individua in 1000 Ω il valore della resistenza interna del corpo umano per il
percorso mano-mano o mano-piede. Mentre per la determinazione della resistenza interna
normalizzata del corpo umano ai fini della sicurezza la stessa normativa prende cautelativamente
come riferimento il percorso 2 mani-2 piedi (es. persona che afferra con entrambe le mani un
apparecchio elettrico ed ha i piedi in contatto con il suolo), quindi tale valore scende da 1000 a 500
Ω (1000/2). Alla resistenza interna del corpo umano va poi aggiunta la resistenza del mezzo di
contatto (es. pavimento, mura, ecc.) valutata in relazione al tipo di condizione ordinaria o particolare,
con valore standard attribuito dalla normativa, rispettivamente di 1000 o 200 Ω. Quindi la resistenza
complessiva normalizzata del corpo umano sarà pari a 1500 Ω (500 + 1000) in condizioni ordinarie e
700 Ω (500 + 200) in condizioni particolari.
Resistenza in
serie al corpo
umano in
condizioni:
Resistenza del
corpo umano con
valore più basso
relativo a:
ordinarie
1000 
particolari
200 
percorso
2 mani - 2 piedi
equivalente al:
Sistemi elettrici per l’ambiente
50% della
totale
ovvero a:
1500 
500 
700 
Resistenza
totale
71
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Curve di sicurezza tensione-tempo
UL (Tensioni limite)
25 V
50 V
Le curve di sicurezza su cui si basano tutti i
parametri contenuti nella Norma CEI 64-8
relativi alla protezione dai contatti indiretti sono
state elaborate ipotizzando:
•
•
Resistenza complessiva del corpo umano in:
• condizioni ordinarie: 1500 
• condizioni particolari: 700 
Limiti di sicurezza: curva corrente-tempo, c1 (30
mA)
Quindi le tensioni limite UL da prendere come
riferimento sono:
• 50 V in condizioni ordinarie
• 25 V in condizioni particolari
Sistemi elettrici per l’ambiente
72
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Tensione limite (UL) = 25 V
La tensione limite di 25 V trova applicazione nei seguenti
ambienti:
- locali uso zootecnico, previsti per la custodia del bestiame;
- c.s. per circuiti terminali su prese a spina;
- c.s. per altri circuiti terminali con grado di protezione <
IP4X;
- locali uso medico in generale;
- cantieri edili, in generale.
Sistemi elettrici per l’ambiente
73
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Tensione totale di terra, di contatto e di passo
Tensione totale di terra (UT): valore che si stabilisce tra una
massa in avaria per un cedimento di isolamento interno e un
punto del terreno a potenziale zero. Può essere minore o al
limite uguale alla tensione nominale verso terra. La tensione
totale di terra è definibile solo se il sistema elettrico ha un
punto a terra.
Tensione di contatto (Uc): valore a cui è
soggetto il corpo umano quando tocca una parte
attiva o una massa dove è presente un guasto
d'isolamento. Al limite può essere uguale a UT
Sistemi elettrici per l’ambiente
74
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Tensione totale di terra, di contatto e di passo
Tensione di passo (Up): valore tra due punti qualsiasi del
terreno posti alla distanza di 1 passo, assunto uguale a 1 m.
Sistemi elettrici per l’ambiente
75
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Classi d’Isolamento dei componenti elettrici
Componente di classe
I
Componente dotato di isolamento
principale e provvisto di un
dispositivo per il collegamento delle
masse a un conduttore di
protezione.
Componente di classe
II
Componente dotato di doppio
isolamento o di isolamento
rinforzato e non provvisto di alcun
dispositivo per il collegamento a un
conduttore di protezione.
Componente di classe
III
Componente ad isolamento ridotto
perché destinato ad essere
alimentato esclusivamente da un
sistema a bassissima tensione di
sicurezza (SELV), e nel quale non
si generano tensioni di valore
superiore a quello di tale sistema.
Sistemi elettrici per l’ambiente
76
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione contro i contatti diretti ed indiretti
• Massa: parte conduttrice, facente parte dell'impianto
elettrico o di un apparecchio utilizzatore, che non è in
tensione in condizioni ordinarie di isolamento, ma che
può andare in tensione in caso di cedimento
dell'isolamento principale, che può essere toccata.
• Massa estranea: parte conduttrice, non facente parte
dell'impianto elettrico, suscettibile di introdurre il
potenziale di terra. In casi particolari si considerano
masse estranee quelle suscettibili di introdurre altri
potenziali.
Sistemi elettrici per l’ambiente
77
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione contro i contatti diretti ed indiretti
Contatti diretti: quelli verso parte dell'impianto normalmente in tensione
Massa estranea
Contatto diretto
con un conduttore
Contatto diretto
con due conduttori
Contatti indiretti: quelli verso parti dell'impianto che non sono normalmente in
tensione, ma possono esserlo per cedimento dell'isolamento elettrico
Sistemi elettrici per l’ambiente
78
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione contro i contatti diretti ed indiretti
Protezione dai contatti diretti
+
Protezione dai contatti indiretti
Protezione combinata: Bassissima Tensione (SELV-PELV-FELV)
Protezione combinata: Limitazione della corrente e/o della carica elettrica
Isolamento delle parti attive
Involucri o barriere
Componenti di classe II o con
isolamento equivalente
Ostacoli
Interruzione automatica
dell’alimentazione
Distanziamento
Luoghi non conduttori
Protezione addizionale:
Collegamento equipotenziale non
connesso a terra
Interruttori differenziali ad alta
sensibilità (Idn 30mA)
Sistemi elettrici per l’ambiente
Separazione elettrica
79
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Sistemi combinati di protezione dai contatti diretti ed indiretti
Protezione combinata: Bassissima Tensione (SELV-PELV-FELV)
SELV e PELV
FELV
(Safety Extra Low Voltage) -(Protection Extra Low Voltage)
(Functional Extra Low Voltage)
Tensioni di alimentazione:  50V c.a. e  120 V c.c.(non ondulata)
Sorgenti di alimentazione:
Trasformatore di sicurezza (CEI 96-2) - Motore-generatore - Sorgente
elettrochimica (batteria) - Dispositivi elettronici (conformi a norme
appropriate, con tensioni ai morsetti inferiori a 50 V c.a. e 120 c.c.,
anche in caso di guasto).
Installazione dei circuiti:
Separazione tra i circuiti dei sistemi SELV e PELV e gli altri circuiti:
a) conduttori separati materialmente;
b) conduttori (SELV-PELV) muniti di guaina;
c) conduttori degli altri circuiti con schermo o guaina metallica collegata a terra;
d) conduttori SELV-PELV isolati per la massima tensione presente.
Prese a spina: le prese e le spine dei circuiti SELV-PELV non devono
poter essere intercambiabili nè fra loro nè con quelle di altri sistemi.
Protezione contro i contatti diretti:
La protezione dai contatti dirette deve essere fornita da:
- barriere o involucri con grado di protezione IPXXD per le superfici
superiori orizzontali a portata di mano, IPXXB in tutti gli altri casi;
- un isolamento corrispondente alla tensione minima richiesta per il circuito
primario (oppure 1500 V per 1 min.).
Protezione contro i contatti indiretti:
La protezione dai contatti indirette deve essere assicurata dal
collegamento delle masse dei componenti dei circuiti FELV, al
conduttore di protezione del circuito primario.
E’ inoltre necessario verificare che una misura di protezione
mediante interruzione automatica dell’alimentazione sia applicata
al circuito primario.
Circuiti SELV
Circuiti PELV
Prese a spina:
Le parti attive e le masse non
devono essere collegate a
terra o a masse estranee. Per
tensioni inferiori a 25 V in c.a.
e 60 V in c.c. (non ondulata)
non è necessaria la protezione
dai contatti diretti, altrimenti è
necessario
prevedere
un
grado di protezione IPXXB
oppure da un isolamento che
sopporti una tensione di prova
di 500 V per 1 minuto.
La protezione dai contatti diretti deve essere
assicurata da un grado di protezione IPXXB
oppure da un isolamento che sopporti una
tensione di prova di 500 V per 1 minuto.
La protezione dai contatti diretti è assicurata se il
componente elettrico è posto entro la zona di
influenza di un collegamento equipotenziale e se
la tensione non supera:
- 25 V in c.a. oppure 60 V in c.c. (non ondulata)
per ambienti asciutti e non si prevedono contatti
estesi di parti attive con il corpo umano;
- 6 V in c.a. oppure 15 V in c.c. (non ondulata)
in tutti gli altri casi.
Le prese a spina dei circuiti FELV non devono poter essere
intercambiabili con quelle di altri sistemi
Laboratorio di Ingegneria Elettrica 2
80
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti diretti: isolamento delle parti attive
Finalità
Impedire qualsiasi contatto con parti attive.
Modalità
Parti attive completamente ricoperte con
un isolamento che possa essere rimosso
solo mediante distruzione (non sono
considerati rivestimenti isolanti, se non in
casi particolari, lacche, vernici, ecc.)
Esempio
CAVI ELETTRICI
Sistemi elettrici per l’ambiente
81
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti diretti: involucri o barriere
Finalità
Modalità
Impedire il contatto con parti attive.
Tutte le parti attive devono
essere protette con involucri o
barriere tali da assicurare un
grado di protezione minimo
IPXXB
(inaccessibilità al dito di prova)
Le superfici superiori orizzontali
delle barriere o degli involucri
che sono a portata di mano
devono avere un grado di
protezione minimo IPXXD
(inaccessibilità al filo di prova)
Esempio
Sistemi elettrici per l’ambiente
La rimozione di
involucri o barriere
deve essere
possibile solo con
l’uso di una chiave
o di un attrezzo
oppure mediante
sezionamento delle
parti attive
interbloccato con la
portella di accesso
INVOLUCRO QUADRO
82
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione addizionale dai contatti diretti
Finalità
• protezione contro gli incendi dovuti a difetti
d’isolamento che diano luogo a piccole correnti verso
terra;
• protezione dai contatti diretti in caso di insuccesso
delle altre misure di protezione;
• riduzione dei tempi di interruzione dell’alimentazione in
caso di protezione dai contatti indiretti in ambienti o
situazioni ove si ipotizza un valore della resistenze del
corpo umano inferiore a quella prevista per gli ambienti
ordinari (es. bagni, piscine, cantieri edili, locali agricoli,
locali ad uso medico, ecc.).
Modalità
Impiego di interruttori differenziali con corrente
differenziale nominale inferiore o uguale a 30 mA.
Sistemi elettrici per l’ambiente
83
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione addizionale dai contatti diretti
Abitazioni, su prese a spina con In ≤ 20 A
Bagni/docce, sui circuiti, nelle zone 0,1,2 e 3(1)
Bagni/docce, sulle prese a spina, nella zona 3(1)
Piscine, su apparecchi utilizzatori specificatamente previsti per l’impiego al suo interno e che sono previsti per essere fatti
funzionare solo quando non vi siano persone all’interno della zona 0.
Piccole piscine, su prese a spina e interruttori , apparecchi di illuminazione e altri dispositivi di comando in zona 1 (purché non a
portata di mano (1,25 m) dal limite della zona 0) (1)
Fontane, apparecchi utilizzati nelle zone 0, 1 e 2 (1)
Fontane e piscine, su prese a spina, interruttori e altri dispositivi di comando nella zona 2 (1)
Saune, su tutti i circuiti, ad esclusione del riscaldatore
Locali ad uso zootecnico, per circuiti terminali su prese a spina con In ≤ 32A
Locali uso medico, di gruppo 1(2) su prese a spina con In ≤ 32 A e su tutti i circuiti dei locali di gruppo 2(2) non alimentati dal
sistema IT-M
Cantieri edili, su prese a spina e altri apparecchi utilizzatori mobili con In ≤ 32 A
Luoghi MARCI (Maggior rischio in caso d’incendio), sui circuiti terminali
Luoghi ristretti, su apparecchi fissi di classe II
Fiere, stand, mostre, su prese a spina con In ≤ 32 A e sui circuiti terminali escluso illuminazione di sicurezza.
Aree campeggio per camper e caravan, su presa a spina, protetta individualmente
Apparecchi mobili usati all’esterno alimentati da prese a spina con In ≤ 32 A
Sistemi di riscaldamento a soffitto/pavimento, anche per componenti di classe II
Conduttori piatti per posa sotto tappeto a posa fissa (moquette)
Catene luminose
Impianti di illuminazione di cabine telefoniche, pensiline di fermata per mezzi di trasporto (es. autobus e tram), insegne
pubblicitarie, mappe di città e segnaletica stradale
Apparecchi di illuminazione, nei luoghi di esposizione, in alternativa a SELV.
Unità mobili e trasportabili, il circuito di alimentazione e tutte le prese a spina poste fuori dall’unità(1)
(1)
(2)
In alternativa possono essere alimentati anche da SELV o con separazione elettrica.
Locali uso medico:
Gruppo 0: assenza di parti applicate.
Gruppo 1: presenza di parti applicate esterne o comunque non in zona cardiaca
Gruppo 2: presenza di parti applicate in zona cardiaca
Sistemi elettrici per l’ambiente
84
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti: componenti di classe II o
isolamento equivalente
Finalità
Impedire il manifestarsi di una tensione pericolosa
sulle parti accessibili di componenti elettrici a
seguito di un guasto sull’isolamento principale.
Impiego di componenti elettrici costruiti
a doppio isolamento e contrassegnati
dal segno grafico:
Modalità
Esempio
Sistemi elettrici per l’ambiente
Impiego di condutture elettriche costituite da:
cavi con guaina non metallica avente
tensione maggiore di un gradino rispetto a
quella necessaria per il sistema elettrico
servito e che non comprendano un
rivestimento metallico;
cavi unipolari senza guaina (cordicelle)
installati in tubo protettivo o canale isolante
rispondente alle relative norme;
cavi con guaina metallica avente isolamento
idoneo per la tensione nominale del sistema
elettrico servito, tra la parte attiva e la guaina
metallica e tra questa e l’esterno.
Gli eventuali
involucri o
canalizzazioni
metalliche
contenenti
esclusivamente
componenti a
doppio
isolamento non
necessitano del
collegamento a
terra.
INVOLUCRO ISOLANTE
QUADRO
85
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti: interruzione
automatica dell’alimentazione sistema TN
Metodo di protezione
Collegamento delle masse e delle masse estranee al conduttore di protezione (PE) +
coordinamento fra il valore dell'impedenza del circuito di protezione e la corrente d'intervento
del dispositivo di interruzione automatica (fusibile, interruttore automatico o interruttore
differenziale).
Relazioni da verificare
Per i sistemi TN deve essere rispettata la seguente relazione:
 Zs • Ia  Uo; dove:
 Zs = impedenza anello di guasto;
 Ia = corrente d'intervento del dispositivo di protezione;
 Uo = tensione verso terra.
essendo: Zs • Ig= Uo; dove:
 IG= corrente di guasto verso terra
 deve essere quindi rispettata la seguente relazione: Ig  Ia
Tempi di intervento
Tempo di intervento massimo del dispositivo di protezione:
[0,4 o 0,2 s (rispettivamente per ambienti ordinari o particolari)per Uo = 230 V] Circuiti
terminali che alimentano prese a spina, apparecchi mobili, portatili o trasportabili di classe I.
[5 s] Circuiti di distribuzione e circuiti terminali che alimentano solo componenti elettrici fissi
a condizione che se altri circuiti terminali che richiedono un tempo di interruzione ridotto (0,4
o 0,2 s per Uo =230 V) sono collegati al quadro di distribuzione o al circuito di distribuzione
che alimenta quel circuito terminale, sia soddisfatta una delle seguenti condizioni:
 l'impedenza del conduttore di protezione tra il quadro di distribuzione ed il punto nel
quale il conduttore di protezione è connesso al collegamento equipotenziale principale
non sia superiore a (50 o 25) • Zs/Uo ();
 esista un collegamento equipotenziale supplementare che colleghi al quadro di
distribuzione localmente gli stessi tipi di masse estranee indicati per il collegamento
equipotenziale principale, e soddisfi le prescrizioni riguardanti il collegamento
equipotenziale principale.
Sistemi elettrici per l’ambiente
86
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti: interruzione
automatica dell’alimentazione sistema TT
Metodo di protezione
Relazioni da verificare
Tempi di intervento
Realizzazione di un impianto di terra locale (con dispersori) e collegamento delle masse e
masse estranee a tali dispersori + coordinamento fra il valore della resistenza di terra e la
corrente d'intervento del dispositivo di interruzione automatica (fusibile, interruttore automatico
o interruttore differenziale).
Per i sistemi TT deve essere rispettata la seguente relazione:
 Ra • Ia  (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove:
 Ra = resistenza anello di guasto;
 Ia = corrente d'intervento dispositivo d'interruzione.
Tempo di intervento del dispositivo di protezione:
 per gli interruttori automatici la "Ia" deve determinare un intervento istantaneo se il
dispositivo è dotato di sganciatori istantanei (magnetici o differenziali) , oppure entro 5 s se
dotato di sganciatori a tempo inverso (termici);
 nei circuiti di distribuzione è ammesso l'uso di interruttori differenziali di tipo "S" con tempo
di ritardo massimo di 1s.
Esempio di
protezione
contro contatti
indiretti, in
sistema TT,
con
interruttore
automatico.
Sistemi elettrici per l’ambiente
Esempio di
protezione
contro contatti
indiretti, in
sistema TT,
con
interruttore
differenziale.
87
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti: interruzione
automatica dell’alimentazione sistema IT
Metodo di protezione
Primo Guasto
Secondo Guasto
Sistemi elettrici per l’ambiente
Parti attive isolate da terra mediante trasformatore con il circuito secondario non collegato a
terra, collegamento a una terra locale delle masse + dispositivo di controllo d'isolamento per
segnalare il primo guasto a terra + coordinamento fra il valore della resistenza di terra e la
corrente d'intervento del dispositivo di interruzione automatica (fusibili, interruttori automatici)
per eliminare il secondo guasto a terra.
Primo guasto:
Ra • Id  (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove:
 Ra = resistenza del/i dispersore/i di terra;
 Id = corrente di 1° guasto.
Secondo guasto: per Un = 230/400 V, il dispositivo deve intervenire entro 0,8 s (0,4 s per
ambienti particolari) se il neutro è distribuito ed entro 0,4 s (0,2 s per ambienti particolari) se il
neutro non è distribuito.
88
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Interruttori differenziali
L’interruttore differenziale viene utilizzato per assicurare un’efficace
protezione dai contatti indiretti e anche per la protezione addizionale
dai contatti diretti (quando prescritto, utilizzando il tipo con In30 mA).
Il dispositivo alla base del suo funzionamento è costituito da un
trasformatore toroidale su cui vengono avvolti tutti i conduttori di linea.
Se non ci sono dispersioni verso terra la somma delle correnti della
linea (fasi + eventuale neutro) è pari a zero pertanto anche il flusso
magnetico risultante nel toroide sarà zero. Nel caso di dispersione
verso terra la somma delle correnti di linea sarà diversa da zero e
quindi genererà un flusso magnetico tale da indurre in un secondo
avvolgimento (posto sempre sullo stesso toroide) una certa f.e.m.; se
essa risulterà superiore ad un valore prestabilito, attiverà lo sgancio
dei contatti elettrici del differenziale stesso, disattivando così il circuito
elettrico protetto.
Sistemi elettrici per l’ambiente
89
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Principio di funzionamento di un interruttore differenziale
Sistemi elettrici per l’ambiente
90
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Costruzione e funzionamento di un interruttore differenziale
Esempio di interruttore magnetotermico differenziale modulare bipolare e tetrapolare
1) Leva di azionamento
2) Leva di riarmo e segnalazione intervento differenziale
3) Tasto di prova
A/E) Morsetti
B) Contatti principali
C) Sganciatori di sovracorrente
D) Trasformatore toroidale
F) Pulsante di prova
G) Resistenza di zavorra
H) Dispositivo di sgancio
Sistemi elettrici per l’ambiente
91
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti + protezione addizionale
dai contatti diretti (se Idn ≤ 30 mA)
Sistemi elettrici per l’ambiente
92
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti + protezione addizionale
dai contatti diretti (se Idn ≤ 30 mA)
ATTENZIONE: in questi casi la protezione
differenziale non funziona!
Sistemi elettrici per l’ambiente
93
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti sistemi di categoria II
Impianti interessati: impianti di
produzione, trasmissione e distribuzione
di energia elettrica.
Metodo di protezione:
•
realizzazione di impianto di terra (salvo casi
particolari) unico a cui collegare le masse, le
masse estranee e particolari punti dei
sistemi elettrici (per esempio il punto di
neutro del secondario dei trasformatori
MT/bt);
•
coordinamento fra il valore della resistenza
di terra, la corrente di guasto verso terra ed
il relativo tempo di eliminazione. In
particolare occorre verificare che in nessun
punto sia all'interno che all'esterno
dell'officina elettrica o dell'impianto
utilizzatore si manifestino tensioni di passo
(US) e di contatto (UT), in relazione al loro
tempo massimo di permanenza, v. grafico a
lato.
Sistemi elettrici per l’ambiente
94
3) Protezione contro gli infortuni elettrici
Protezione dai contatti indiretti sistemi di categoria II
Condizioni (alternative fra loro) per il rispetto delle tensioni di contatto ammissibili (UTP):
•
impianto considerato facente parte di un impianto di terra globale;.
•
valore della tensione totale di terra (UE), determinato con misure o calcoli, non
superiore al doppio del valore della tensione di contatto ammissibile (UTP):
UE≤2UTP
•
adozione dei provvedimenti specificatamente riconosciuti M (zona adiacente ai dispersori: isolata,
recintata o resa equipotenziale a livello del suolo) in accordo con il valore della tensione totale di
terra (UE) e della sua durata.
Se nessuna delle condizioni di cui sopra risulta soddisfatta occorre verificare tramite misure direttamente in sito che le
tensione di passo (US) e di contatto (UT) risultino inferiori alla UTP. In alternativa è anche possibile far riferimento ad un
progetto tipo che abbia dimostrato di soddisfare completamente alle prescrizioni relative alla limitazione delle tensioni di
passo (US) e di contatto (UT).
Tensione totale di terra UE: UE=RE∙IE
dove: RE = resistenza di terra - IE = corrente di ritorno verso terra, pari a IC  r
dove: IC = corrente di guasto verso terra (dato ENEL) - r = coefficiente di riduzione:
• linea area senza funi di guardia: 1 - linea in cavo isolato in carta: Cu 95 mm2 - guaina in piombo 1,2 mm: 0,2  0,6; Al
95 mm2 - guaina in alluminio 1,2 mm: 0,2  0,3; linea unipolare in XLPE Cu 95 mm2 guaina in rame 16 mm2: 0,5  0,6
Sistemi elettrici per l’ambiente
95
4) Impianto di messa a terra
Esempio di collegamenti in un impianto di terra: DA, dispersore (artificiale); DN, dispersore (naturale);
CT, conduttore di terra; MT, collettore di terra; PE, conduttore di protezione; EQP, conduttori
equipotenziali: principali; EQS, conduttori equipotenziali: supplementari (in locale da bagno); A-B,
masse; 2, 3, 4, 5, 6, masse estranee.
Sistemi elettrici per l’ambiente
96
4) Impianto di messa a terra
Finalità degli impianti di terra
Sistemi elettrici per l’ambiente
97
4) Impianto di messa a terra
Criteri di dimensionamento
Gli impianti di I categoria, detti anche impianti in bassa tensione sono
classificati, come è noto, in sistemi TT, TN ed IT. I criteri di
dimensionamento strutturale dei rispettivi impianti di terra sono per molti
aspetti simili, il fattore che costituisce l'elemento più importante di
differenziazione, derivato dall'applicazione delle singole prescrizione in
merito alla protezione dai contatti indiretti, è il valore massimo
ammissibile della resistenza di terra (dispersore).
In relazione al tipo di sistema utilizzato i valori massimi ammissibili della
resistenza di terra, possono variare anche di diversi ordini di grandezza,
pertanto il tipo e l'estensione dei dispersori (dal singolo picchetto al
sistema a maglie con picchetti verticali nei punti d'incrocio) dovrà
essere sempre determinato sulla base del tipo di sistema in uso.
Sistemi elettrici per l’ambiente
98
4) Impianto di messa a terra
Criteri di dimensionamento
Sistemi TT: valori dell'ordine dei decimi di ohm utilizzando come
dispositivo di protezione un interruttore automatico o dei fusibili, oppure
valori dell'ordine delle decine se non addirittura delle centinaia di ohm
utilizzando un interruttore differenziale.
Sistemi elettrici per l’ambiente
99
4) Impianto di messa a terra
Criteri di dimensionamento
Sistemi TN: in questo caso, ai fini della protezione dai contatti indiretti,
per guasti in bassa tensione, il valore della resistenza di terra non viene
preso in esame in quanto il dispersore di terra, non è interessato alla
corrente di guasto in bassa tensione
Sistemi elettrici per l’ambiente
100
4) Impianto di messa a terra
Criteri di dimensionamento
Sistemi IT: in questa caso è richiesto che il prodotto della corrente di 1º
guasto a terra Id con la resistenza di terra locale RB risulti inferiore a 50 o
25 (ambienti ordinari o particolari): Id • RB ≤ 50 o 25.
Pertanto RB ≤ 50/Id o 25/Id quindi possono risultare accettabili anche valori
superiori a qualche decina di migliaia di ohm.
Sistemi elettrici per l’ambiente
101
4) Impianto di messa a terra
Criteri di dimensionamento
Conduttori di protezione (sezioni minime):
Sezione dei conduttori di fase dell'impianto Sp (mm²)
Sezione minima del corrispondente conduttore di protezione Sp (mm²)
S ≤ 16
Sp = S
16 < S ≤ 35
16
S > 35
Sp = S/2
Conduttore di protezione non facente parte della conduttura Sp = 2,5 (con protezione meccanica)
dei conduttori di fase
Sp = 4 (senza protezione meccanica)
Conduttori di terra (sezioni minime):
Protetti meccanicamente
Protetti contro la corrosione
Come conduttore di protezione
Non protetti contro la corrosione
25 mm² rame
50 mm² ferro zincato (*)
Non protetti meccanicamente
16 mm² rame
16 mm² ferro zincato (*)
25 mm² rame
50 mm² ferro zincato (*)
(*) Zincatura secondo la norma CEI 7-6 oppure con rivestimento equivalente.
Conduttori equipotenziali:
Sistemi elettrici per l’ambiente
Sezioni: ≥ 1 / 2 conduttore principale dell'impianto.
Sezione min: 6 mm² - Sezione max: 25 mm² (se di rame).
102
4) Impianto di messa a terra
Tipi di dispersori
A picchetti
Ad anello
Sistemi elettrici per l’ambiente
A maglie
103
4) Impianto di messa a terra
Dimensioni minime prescritte per i componenti dei
dispersori
1
2
3
4
5
Tipo di elettrodo
Dimensioni
Acciaio zincato
a caldo (norma
CEI 7-6) (1)
Acciaio rivestito
di rame
Rame
Piastra
Nastro
Per posa
nel terreno
3
Spessore
3
Sezione (mm²)
100
Tondino o
conduttore
massiccio
Sezione (mm²)
50
Conduttore
Ø ciascun filo (mm)
1,8
cordato
Sezione corda (mm²)
50
Ø esterno (mm)
40
Spessore (mm)
2
Ø (mm)
20
Spessore (mm)
Dimensione trasversale
(mm)
5
Per infissione
Picchetto a tubo
nel terreno
Spessore (mm)
Picchetto
massiccio
Picchetto in
profilato
50
(4)
3
3
(4)
(4)
50
35
1,8
(4)
35
30
(4)
(²)
15
(³)
3
15
5
(4)
50
(1) Anche acciaio senza rivestimento protettivo, purché con spessore aumentato del 50% (sezione minima 100 mm²).
(2) Rivestimento per deposito elettrolitico: 100 μm.
(3) Rivestimento per trafilatura: spessore 500 μm.
(4) Tipo e dimensioni non considerati nella norma.
Sistemi elettrici per l’ambiente
104
4) Impianto di messa a terra
Resistenza di un picchetto
Resistività del terreno (Ω ∙ m)
Dimensioni
L (m)
Ø
(mm)
30
40
50
65
80
100
150
200
250
300
Resistenza di terra in Ω
1,50
3
6
10
12
18
20
10
18,6
24,9
31,2
40,4
49,7
62,2
93,2
124
155
186
12
18,1
24,1
30,1
39,1
48,2
60,2
90,3
120
151
181
18
16,8
22,4
28
36,4
44,7
55,9
83,9
112
140
168
10
10,5
14
17,5
22,7
28
35
52,5
70
87,5
105
12
10,2
13,6
17
22,1
27,2
34
51
68
85
102
18
9,6
12,7
15,9
20,7
25,5
31,9
47,8
63,7
79,7
95,6
10
5,8
7,8
9,7
12,6
15,6
19,4
29,1
38,8
48,5
58,2
12
5,7
7,6
9,5
12,3
15,1
18,9
28,4
37,9
47,3
56,8
18
5,4
7,1
8,9
11,6
14,3
17,9
26,8
35,7
44,6
53,6
10
3,7
5
6,2
8,1
10
12,5
18,7
25
31,2
37,5
12
3,7
4,9
6,1
7,9
9,8
12,2
18,3
24,4
30,5
36,6
18
3,5
4,6
5,8
7,5
9,2
11,6
17,3
23,1
28,9
34,7
10
3,2
4,3
5,3
6,9
8,5
10,7
16
21,3
26,6
32
12
3,1
4,2
5,3
6,8
8,3
10,4
15,6
20,8
26
31,2
18
3
3,9
4,9
6,4
7,9
9,9
14,8
19,7
24,7
29,6
10
2,2
3
3,7
4,9
6
7,5
11,2
14,9
18,7
22,4
12
2,2
2,9
3,7
4,7
5,8
7,3
11
14,6
18,3
21,9
18
2,1
2,8
3,5
4,5
5,6
6,9
10,4
13,9
17,4
20,8
10
2
2,7
3,4
4,4
5,4
6,8
10,2
13,6
17
20,4
12
2
2,7
3,3
4,3
5,3
6,7
10
13,3
16,7
20
18
1,9
2,5
3,2
4,1
5,1
6,3
9,5
12,7
15,8
19
Nota: i valori indicati valgono con buona approssimazione per ogni tipo di picchetto di pari lunghezza (profilati, tubi
ecc.).
Sistemi elettrici per l’ambiente
105
4) Impianto di messa a terra
Resistenza dei dispersori più comuni
Forma
Valore Ω
Picchetto verticale
Piastra di raggio r
Piastra di superficie A
Filo
Rete magliata
Note:
•
R = resistenza di terra in Ω.
•
r = raggio della piastra.
•
r1 = raggio del cerchio di area equivalente alla rete magliata.
•
ρ = resistività del terreno in Ω ∙ m (v.tab.3.21).
•
L = lunghezza del dispersore in m.
•
Lt = lunghezza totale dei conduttori della rete.
•
l = lunghezza del filo.
Sistemi elettrici per l’ambiente
106
4) Impianto di messa a terra
Resistività media di diversi tipi di terreno
Natura del terreno
Resistività  in Ω ∙ m
Terreni di alluvione argille leggere
5 (10 ÷ 2)
Argille normali (terreni con rifiuti, scorie, ceneri, zone salmastre)
10 (20 ÷ 5)
Marne (terreni con terriccio argilloso con poca sabbia leggera, senza pietre e ghiaccio)
20 (35 ÷ 10)
Crete calcari porose (terreni argillosi, con terriccio e sabbia, terreni vegetali umidi)
50 (100 ÷ 35)
Gres porosi, scisti argillosi (terreni argillosi misti a sabbia, ghiaia o pietre)
100 (350 ÷ 35)
Calcari compatti, calcari cristallini, marmi (terreni con ghiaia, sabbia, pietre e poca argilla o terra)
350 (1000 ÷ 100)
Ardesie argillose, scisti venati, sabbie fini, sabbia e ciottoli asciutti
1000 (3500 ÷ 350)
Graniti, rocce vulcaniche, gneis ardesie non venate
2000 (1010 ÷ 1000)
Sistemi elettrici per l’ambiente
107
4) Impianto di messa a terra
Caratteristiche costruttive
Sistemi elettrici per l’ambiente
108
4) Impianto di messa a terra
Protezione dalla corrosione
I metalli in genere (esclusi quelli nobili) in presenza di umidità subiscono corrosioni più o meno intense. Ogni metallo assume
un potenziale elettrico proprio (potenziale elettrochimico).
Due metalli diversi a contatto fra di loro (per es.: rame e zinco), danno luogo ad una coppia galvanica ove il metallo allo
stato più nobile (più elettronegativo) assume lo stato di catodo, il metallo allo stato meno nobile (meno elettronegativo) si
comporta da anodo, ed è soggetto a corrosione.
Si ha rischio di corrosione oltre che per cause elettrochimiche anche, ma più raramente, per cause chimiche o fisiche.
Sono cause di corrosione:
- coppie galvaniche fra metalli diversi;
- correnti vaganti prodotte da impianti di trazione in corrente continua, o impianti di protezione catodica;
- reazioni chimiche dovute a batteri nel terreno di posa;
- disomogeneità dell’ambiente di posa come per esempio una diversa ossigenazione delle zone argillose rispetto a quelle
sabbiose, che può dar luogo ad una coppia galvanica tra parti di uno stesso elemento metallico. Indipendentemente dalla
causa e dalla complessità delle reazioni chimiche in gioco il fenomeno è riducibile alla figura sotto riportata. Il danno prodotto
dalla corrosione (riduzione dello spessore del metallo o alterazione delle sue caratteristiche), è da ritenere consistente e
quindi fonte di pericolo quando la superficie anodica sia molto inferiore a quella catodica, in particolare quando il rapporto
superficie anodica/superficie catodica sia inferiore a un centesimo.
Sistemi elettrici per l’ambiente
109
4) Impianto di messa a terra
Protezione dalla corrosione
Scelta dei materiali
Impiegare preferibilmente materiali omogenei ed in particolare vicini nella scala di nobiltà.
[Stagno] - [Rame-ottone-bronzo-acciaio nel calcestruzzo] - [Acciaio dolce] - [Piombo] - [Alluminio] - [Zinco]
Giunzioni
La limitazione dei rischi di corrosione localizzata sulle superfici di contatto delle giunzioni, si ottiene con la
combinazione dei due seguenti interventi.
1º) Evitare il contatto con l’ambiente umido proteggendo la giunzione con nastri vulcanizzanti, vernici bituminose ecc.
2º) Limitare le coppie elettrochimiche utilizzando:
a) materiali omogenei per morsetti quando si collegano conduttori dello stesso metallo;
b) materiali con potenziali elettrochimici intermedi fra i due tipi di conduttori quando invece si debbano collegare
conduttori di metalli diversi.
a)
Sistemi elettrici per l’ambiente
b)
110
5) Verifica della caduta di tensione massima
Limiti caduta di tensione
La caduta di tensione massima non deve essere superiore al 4% (dal punto di consegna all’utilizzatore)
S (mm2)
R (m/m)
X1 (monofase)
(m/m)
X3 (trifase) (m/m)
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150(*)
185(*)
240(*)
14,8
8,91
5,57
3,71
2,24
1,41
0,889
0,641
0,473
0,328
0,236
0,188
0,153
0,123
0,094
0,168
0,155
0,143
0,135
0,119
0,112
0,106
0,101
0,101
0,0965
0,0975
0,0939
0,0928
0,0908
0,0902
0,118
0,109
0,101
0,0955
0,0861
0,0817
0,0813
0,0783
0,0779
0,0751
0,0762
0,0740
0,0745
0,0742
0,0752
V = K  (R  cos + X  sen)  Ib  L/1000 = (V)
V%= (V  100) / Un = (%)
dove:
 K è pari a 2 per i circuiti monofase e in c.c. e 1,73 per i
circuiti trifase.
 X è pari a X1 e X3 rispettivamente per i circuiti monofase e
trifase
 cos e sen sono relativi alla corrente “Ib” che scorre lungo
la linea
 Ib è la corrente che scorre lungo la linea (A)
 L è la lunghezza della linea (m).
 Un è la tensione nominale del sistema di alimentazione.
Sistemi elettrici per l’ambiente
111