Fondamenti di Impianti Elettrici

Fondamenti di Impianti Elettrici.
Corso di Fondamenti di Elettrotecnica per
Ingegneria dell’Ambiente e del Territorio
Scienze dell’Ingegneria Edile
(Docente: Antonio Luchetta)
Maurizio Monticelli
Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE
1
Sommario
Effetti della corrente sul corpo umano
Grado di protezione
Protezione dai contatti diretti ed indiretti
Protezione dalle sovracorrenti
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti,
indiretti e dalle sovracorrenti
Dimensionamento dell’impianto di terra
Cantieri edili
Bagni
2
Effetti della corrente sul corpo umano
Tetanizzazione
Effetti
fisiopatologici
della corrente
elettrica sul
corpo umano
Arresto della respirazione
Ustioni
Fibrillazione Ventricolare
3
Effetti della corrente sul corpo umano
Soglia di
Percezione
Corrente alternata
oltre 10kHz
Corrente continua
Correnti superiori a 2 mA
Corrente alternata
da 15 a 100 Hz
Circa 0,5 mA
Corrente alternata
da 100Hz a 1kHz
Corrente alternata
da 1kHz a 10kHz
Per frequenze comprese
fra 10 e 100 kHz la
soglia di percezione
aumenta
approssimativamente da
10 a 100 mA.
Per frequenze superiori a
100 kHz la sensazione di
formicolio cambia in
sensazione di calore per
intensità di corrente
nell’ordine di alcune
centinaia di milliampere
4
Effetti della corrente sul corpo umano
Corrente continua
Correnti superiori a 300 mA
Soglia di
rilascio (o
Tetanizzazione)
Corrente alternata
da 15 a 100 Hz
Circa 10 mA
Corrente alternata
oltre 10kHz
Corrente alternata
da 1kHz a 10kHz
Corrente alternata
da 100Hz a 1kHz
Per frequenze
superiori a 100kHz
non ci sono né dati
sperimentali né
incidenti riportati
relativi alla soglia
di rilascio
5
Effetti della corrente sul corpo umano
Arresto della Respirazione
Correnti superiori alla “corrente di rilascio” o “tetanizzazione”
producono nell’infortunato difficoltà di respirazione e segni di
asfissia: il passaggio della corrente determina una contrazione dei
muscoli addetti alla respirazione o una paralisi dei centri nervosi che
sovranitendono alla funzione respiratoria; se la corrente perdura
l’infortunato perde conoscenza e può morire soffocato.
Il 6% delle morti per folgorazione è dovuta ad asfissia, risulta
pertanto importante la tecnica della respirazione artificiale da
praticare al massimo entro 3÷4 minuti dall’infortunio.
6
Effetti della corrente sul corpo umano
Ustioni
Il passaggio di corrente elettrica su una resistenza è accompagnato
da sviluppo di calore per effetto Joule; il corpo umano non fa
eccezione a questa regola generale.
L’aumento della temperatura dipende dal quadrato della densità di
corrente e dal tempo per cui fluisce la corrente attraverso il corpo
umano, pertanto le ustioni peggiori si hanno sulla pelle in quanto
presenta una resistività (tipo di tessuto) e di densità di corrente
(punto di contatto) maggiore rispetto agli altri organi interni.
Le ustioni da folgorazione sono le più profonde e le più difficili da
guarire. Quando le ustioni sono estese la morte sopravviene spesso
per insufficienza renale.
7
Effetti della corrente sul corpo umano
Fibrillazione Ventricolare
Come è noto fin dalle esperienze di Galvani la corrente elettrica viene
utilizzata dal nostro organismo al fine di coordinare i movimenti e le
principali funzioni vitali tramite la stimolazione e conseguente contrazionerilascio dei muscoli. Il muscolo cardiaco non fa eccezione a questa regola,
pertanto se una corrente elettrica si sovrappone agli impulsi interni di origine
biologica può determinare uno shock tale da innescare la “fibrillazione
ventricolare” ovvero “Pulsare disordinato e irregolare del muscolo cardiaco
che determina la completa avaria dello stesso e l’annullamento della
pressione sanguigna”.
La Fibrillazione Ventricolare non sempre è irreversibile (cioè che non si
arresta anche se cessa la causa che l’ha prodotto ma prosegue fino alla
morte dell’infortunato) poiché applicando una scarica elettrica violenta con
due elettrodi sul torace (defibrillatore) è possibile in molti casi arrestare la
stessa e ripristinare quindi la piena funzionalità del muscolo cardiaco.
8
Effetti della corrente sul corpo umano
Curve di Sicurezza
Effetti fisiologici - [Corrente-Tempo] in c.a.
9
Effetti della corrente sul corpo umano
Curve di Sicurezza
Tensione-Tempo
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 Ω
Resistenza complessiva del corpo umano in
condizioni particolari: 700 Ω
Limiti di sicurezza: curva corrente-tempo, zona
3
10
Grado 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:
•a)la protezione delle persone contro l'accesso alle parti pericolose interne
all'involucro (Tab.1);
•b)la protezione dell'apparecchiatura all'interno dell'involucro contro la penetrazione
di corpi solidi estranei (Tab.2);
•c)la protezione dell'apparecchiatura all'interno dell'involucro contro gli effetti
dannosi provocati dalla penetrazione dell'acqua (Tab.3);
La prima cifra prevede sia la prova relativa alla protezione contro l’accesso a parti pericolose
(lettera a)) congiuntamente a quella relativa alla penetrazione di corpi solidi estranei (lettera b)).
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 una delle lettere addizionali corrispondenti riportate nella Tab.1.
La seconda cifra è relativa alla protezione dalla penetrazione di acqua.
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Grado di protezione - Tab.1
Protezione contro l’accesso a parti pericolose.
a
1 cifra caratteristica
Lettera addizionale
Protezione delle persone al
contatto con
1
A
2
B
3
C
4-5-6
D
Il dorso della mano
Le dita
Attrezzi piccoli
Fili, aghi, chiodi
Dito di prova ∅12 mm
Filo rigido ∅2,5 mm con
sfera di fermo
Luoghi dove si usano piccoli
utensili (cacciaviti)
Filo rigido ∅1 mm con
sfera di fermo
Luoghi dove si usano oggetti
filiformi
Calibro di prova
Sfera ∅50 mm
Impiego consentito
Luoghi chiusi (accessibili
solo a persone autorizzate)
Luoghi accessibili anche a
persone non addestrate
12
Grado di protezione - Tab.2
Protezione contro la penetrazione di corpi solidi.
a
1 cifra caratteristica
0
Protezione contro
l’ingresso dei corpi solidi
Nessuna
Mezzo di prova
Nessuno
Impiego consentito
In involucri
1
2
Corpi solidi
Corpi solidi
con dimensione con dimensione
minima
minima
superiore a
superiore a 50
12,5 mm
mm
3
4
5
6
Corpi filiformi
con diametro
superiore a 2,5
mm
Corpi filiformi
con diametro
superiore a 1
mm
Polvere
(protezione
parziale)
Polvere
(protezione
totale)
Camera a
circolazione di
talco
Sfera ∅ 50
mm
Sfera ∅ 50
mm + dito di
prova
Filo rigido ∅
2,5 mm
Filo rigido ∅ 1
mm
Camera a
circolazione di
talco
Luoghi chiusi
(accessibili
solo a persone
autorizzate ed
addestrate)
Luoghi
ordinari con
presenza solo
di oggetti
grossolani
Luoghi
ordinari con
presenza anche
di oggetti
filiformi di
medie
dimensioni
Luoghi
ordinari con
presenza anche
di oggetti
filiformi di
piccole
dimensioni
Luoghi
Luoghi
occasionalment permanenteme
e polverosi
nte polverosi
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Grado di protezione - Tab.3
Protezione contro la penetrazione dell’acqua.
a
2 cifra caratteristica
Protezione contro la
penetrazione di acqua
Mezzo di prova
0
1
2
Di condensa
Di condensa
(caduta di
Nessuna
(caduta di
gocce con
gocce verticali) angolo fino a
15°)
Nessuno
Gocciolatoio
Impiego consentito
3
A pioggia
con angolo
fino a 60°
dalla
verticale
Spruzzatore
dall’alto
Gocciolatoio
In ambienti
In ambienti
Luoghi
umidi con
umidi con
esposti alla
In
componente
componente in
pioggia ma
ambienti
in posizione
posizione
non agli
asciutti
non
verticale
spruzzi dal
perfettamente
predeterminata
basso
verticale
4
5
6
7
8
A spruzzo da
tutte le
direzioni
Getti da
tutte le
direzioni
Protezione
d’acqua
mareggiate
Immersione
temporanea
Immersione
permanente
Spruzzatore
rotante a
360°
Lancia ∅
6,3 mm
portata 12,5
l/min
Luoghi
esposti alla
pioggia e agli
spruzzi
Luoghi
soggetti a
lavaggio
con getti
d’acqua di
media
potenza
Lancia ∅
12,5 mm
portata
100 l/min
Secondo
accordi
clientecostruttore
In vasca con
1 m di
battente
d’acqua
Luoghi
Luoghi
soggetti a
soggetti a inondazioni
lavaggio temporanee o
Funzionalità
energico e
a
subacquea
a
sommersione
maraggiate sotto la neve
(moli)
per lunghi
periodi
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni
Impianto Elettrico
Complesso di componenti elettrici, anche a tensioni
nominali di esercizio diverse, destinato ad una
determinata funzione.
Impianto di Terra
Insieme dei dispersori, dei conduttori di terra, dei
collettori, (o nodi) di terra e dei conduttori di protezione ed
equipotenziali destinato a realizzare la messa a terra di
protezione e/o di funzionamento.
Legenda:
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
A-B: masse
2,3,4,5,6: masse estranee
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni
Dispersore
Corpo metallico, o complesso di corpi metallici, posto in intimo
contatto con il terreno e che realizza il collegamento elettrico di terra.
Conduttore di terra
Conduttore, non in intimo contatto con il terreno, destinato a collegare
i dispersori fra loro e al collettore (o nodo) principale di terra.
Conduttore di protezione
Conduttore che va collegato ad una massa per la protezione contro i
contatti indiretti.
Collettore o nodo di terra
Elemento dell’impianto di terra nel quale confluiscono i conduttori di
terra, di protezione, di equipotenzialità, ed eventualmente di neutro.
Massa
Parte conduttrice, facente parte dell'impianto elettrico, che può essere
toccata e che non è in tensioni in condizioni ordinarie di isolamento,
ma che può andare in tensione in caso di un cedimento
dell'isolamento principale (es. carcassa di un motore elettrico,
involucro metallico di un apparecchio).
Massa estranea
Parte conduttrice che non fa parte dell'impianto elettrico, che può
introdurre il potenziale di terra. In casi particolari si considerano
masse estranee quelle suscettibili di introdurre altri potenziali (es.
tubazioni idriche, del gas, del riscaldamento ecc.).L’attuale normativa
considera masse estranee le parti metalliche che presentano una
resistenza inferiore a 1000 Ω negli ambienti ordinari e 200 Ω negli
ambienti particolari (locali uso medico, cantieri edili, ambienti uso
zootecnico).
16
Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni
Parte attiva
Condizione elettrica di un oggetto o di una parte da cui
può essere derivata una corrente di contatto (scossa
elettrica) pericolosa. Poiché i prodotti isolanti quali vernici,
lacche e simili non sono idonei a garantire la sicurezza
delle persone, una parte conduttrice ricoperta di tali
prodotti è da considerare attiva.
Contatto Diretto
Si verifica quando con una parte del corpo entra in
contatto con una parte di impianto normalmente in
tensione.
Contatto Indiretto
Si verifica quando con una parte del corpo si entra in
contatto con una massa o con una parte conduttrice
connessa con la massa, durante un guasto d'isolamento.
Tensione di contatto
Tensione alla quale può essere soggetto il corpo umano
in contatto con parti simultaneamente accessibili (escluso
le parti attive) durante il cedimento di un isolamento
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni
Sistema TT
Il sistema elettrico TT ha il neutro messo direttamente a terra e le masse
collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente da quello
del neutro, Di fatto il sistema è ritenuto TT anche quando l’impianto di
terra del neutro e delle masse non sono elettricamente indipendenti,
come in genere avviene quando la cabina MT/BT dell’Ente distributore è
inglobata nello stesso edificio degli impianti utilizzatori.
Sistema TN
Il sistema TN ha in neutro messo direttamente a terra e le masse
dell’installazione connesse a quel punto per mezzo del conduttore di
protezione. Si distinguono i seguenti tipi di sistemi TN, secondo che i
conduttori di neutro e di protezione siano separati o meno.
TN-S: i conduttori di neutro e di protezione sono separati;
TN-C: le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in un solo
conduttore (conduttore PEN);
TN-C-S: le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in
un solo conduttore e in parte separate.
Sistema IT
Il sistema elettrico IT ha il neutro isolato o a terra tramite un’impedenza,
mentre le masse sono collegate a terra.
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni
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.
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Introduzione
Protezione contro i contatti diretti ed indiretti (CEI 64-8/4)
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
Interruzione automatica
dell’alimentazione
Ostacoli
Componenti di classe II o con
isolamento equivalente
Distanziamento
Luoghi non conduttori
Protezione addizionale:
Collegamento equipotenziale non
connesso a terra
Interruttori differenziali ad alta
sensibilità (Idn ≤30mA)
Separazione elettrica
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione combinata
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
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti
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.)
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti
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)
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
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti
Protezione dai contatti diretti
Protezione addizionale:
Interruttori differenziali ad alta
sensibilità (Idn≤30mA)
Finalità
Modalità
4 protezione contro gli incendi dovuti a difetti d’isolamento
che diano luogo a piccole correnti verso terra;
4 protezione dai contatti diretti in caso di insuccesso delle
altre misure di protezione;
4 ridurre i 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.).
Impiego di interruttori differenziali con corrente
differenziale nominale inferiore o uguale a 30 mA.
24
Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti
Interruzione automatica
dell’alimentazione
SISTEMI 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:
4 Zs • Ia ≤ Uo; dove:
4 Zs = impedenza anello di guasto;
4 Ia = corrente d'intervento del dispositivo di protezione;
4 Uo = tensione verso terra.
essendo: Zs • IG= Uo; dove:
4 IG= corrente di guasto verso terra
4 deve essere quindi rispettata la seguente relazione: IG ≥ Ia
Tempi di intervento
Tempo di intervento massimo del dispositivo di protezione:
4[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.
4[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:
4 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 (Ω);
4 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.
25
Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti
Interruzione automatica
dell’alimentazione
SISTEMI TT
Metodo di protezione
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).
Relazioni da verificare
Per i sistemi TT deve essere rispettata la seguente relazione:
4 Ra • Ia ≤ (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove:
4 Ra = resistenza anello di guasto;
4 Ia = corrente d'intervento dispositivo d'interruzione.
Tempi di intervento
Tempo di intervento del dispositivo di protezione:
4 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);
4 nei circuiti di distribuzione è ammesso l'uso di interruttori differenziali di tipo "S" con tempo
di ritardo massimo di 1s.
26
Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti
Interruzione automatica
dell’alimentazione
Metodo di protezione
Primo Guasto
Secondo Guasto
SISTEMI IT
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:
4Ra • Id ≤ (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove:
4 Ra = resistenza del/i dispersore/i di terra;
4 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.
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Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti
Componenti di classe II o con
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
Impiego di condutture elettriche costituite da:
4cavi 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;
4cavi unipolari senza guaina (cordicelle)
installati in tubo protettivo o canale isolante
rispondente alle relative norme;
4cavi 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.
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Protezione dalle sovracorrenti - Definizioni
Sovracorrente
Corrente di sovraccarico
(di un circuito)
Corrente di cortocircuito
(franco)
Corrente nominale (In)
(di un dispositivo di protezione)
Corrente convenzionale di
non funzionamento (Inf)
(di un dispositivo di protezione)
Corrente convenzionale di
funzionamento (If)
Corrente che supera il valore nominale; per le condutture il
valore nominale è la portata. Una sovracorrente può essere
determinata da un sovraccarico o da un cortocircuito.
Sovracorrente che si verifica in un circuito elettricamente
sano
Sovracorrente che si verifica in seguito a un guasto di
impedenza trascurabile fra due punti fra i quali esiste
tensione in condizioni ordinarie di esercizio
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)
Valore specificato di corrente che il dispositivo di protezione
è in grado di portare per un tempo specificato (tempo
convenzionale) senza operare lo sgancio.
Valore specificato di corrente che provoca l’intervento del
dispositivo di protezione entro un tempo specificato,
denominato tempo convenzionale
(di un dispositivo di protezione)
29
Protezione dalle sovracorrenti - Definizioni
Corrente di impiego (Ib)
(di un circuito)
Portata (Iz)
(di una conduttura)
Potere di cortocircuito (Pc)
(chiusura ed interruzione)
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.
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
Componente alternata della corrente presunta, espressa nel
suo valore efficace, che l’interruttore è concepito per
stabilire, per portare per il suo tempo di apertura e per
interrompere sotto condizioni specificate
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Protezione dalle sovracorrenti - Sovraccarichi
Devono essere protette dai sovraccarichi, le condutture che
alimentano utenze, che possono in caso di guasto far circolare sulle
medesime, correnti superiori alle portate delle condutture stesse. Tale
dispositivo deve essere scelto in modo che la corrente nominale (In)
del medesimo sia uguale o superiore alla corrente di impiego (Ib) e
minore o uguale alla portata (Iz) della conduttura; inoltre la corrente di
funzionamento (If) del dispositivo di protezione deve essere minore o
uguale a 1,45 la portata (Iz) della conduttura stessa. In generale è
vietato proteggere le condutture contro i sovraccarichi quando una
improvvisa interruzione dell’alimentazione può generare pericolo
(es.alimentazione luci di sicurezza, pompe antincendio, ecc.).
(Ib ≤ In ≤ Iz) + (If ≤1,45 Iz)
31
Protezione dalle sovracorrenti - Corto circuiti
Protezione contro i cortocircuiti: per la protezione contro i cortocircuiti è necessario
installare un dispositivo di protezione tale che:
a) abbia un potere di interruzione almeno uguale alla corrente di cortocircuito
presunta nel punto di installazione:
Pc ≥ Icc
b) intervenga in un tempo inferiore a quello che porterebbe la temperatura dei
conduttori, oltre il limite ammissibile, questa condizione si verifica con la seguente
relazione:
K2S2 ≥ I2t
dove:
(I2t) è l’integrale di Joule per la durata del corto circuito (in A2 s);
S è la sezione dei conduttori (in mm2), se il corto circuito 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;
74 per i cavi in alluminio isolati in PVC;
87 per i cavi in alluminio isolati con gomma ordinaria, gomma butilica, gomma etilenpropilenica e polietilene reticolato;
115 corrisponde ad una temperatura di 160 °C, per le giunzioni saldate a stagno tra conduttori in rame
32
Protezione dalle sovracorrenti - Conclusioni
Sovracorrenti
Condizione valida per interruttori
automatici in quanto:
If = 1,45 In (interruttori per uso domestico)
If = 1,20 In (interruttori per uso industriale)
Condizione valida per fusibili con:
In > 63A in quanto: If = 1,60 In
Condizione valida per fusibili con:
25A < In ≤ 63A in quanto: If = 1,75 In
Condizione valida per fusibili con:
5A ≤ In ≤ 25A in quanto: If = 1,9 In
Condizione valida per fusibili con:
In < 5A in quanto: If = 2,1 In
= Sovraccarichi +
Cortocircuiti
Ib ≤ In ≤ Iz
+
If ≤1,45 Iz
K2S2 ≥ I2t
+
Pc ≥ Icc
In ≤ Iz
In ≤ 0,906 Iz
In ≤ 0,828 Iz
In ≤ 0,763 Iz
In ≤ 0,690 Iz
NO
Nota: quando la protezione
dai sovraccarichi e dai
cortocircuiti viene offerta da
un dispositivo unico con
corrente nominale (In)
inferiore alla portata (Iz) della
conduttura e potere di
interruzione (Pc) superiore
alla corrente di cortocircuito
(Icc) presunta, non è
necessario procedere alla
verifica della relazione K2S2≥
I2t.
33
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Fusibili
Descrizione
I Fusibili sono delle apparecchiature che hanno il
compito di proteggere i circuiti elettrici dalle
sovracorrenti (sovraccarichi e cortocircuiti). In taluni
specifici casi essi possono essere anche utilizzati
nella protezione dai contatti indiretti.
L’operazione di interruzione del circuito viene svolta
mediante la fusione dell’elemento fusibile, questa
azione viene svolta in due tempi: prearco e arco.
34
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Fusibili
Costruzione e
funzionamento
Impulso termico di prearco: corrisponde alla minima energia
necessaria per raggiungere il punto di fusione dell’elemento fusibile.
Impulso termico dell’arco: corrisponde all’energia compresa fra la
fine del prearco e la fusione totale, ovvero sviluppata durante lo
spegnimento dell’arco.
Nella figura a lato è riportato l’andamento della corrente in un fusibile
limitatore:
curva a: valore istantaneo della corrente di corto circuito presunta;
curva b: valore istantaneo della corrente interrotta limitata;
ICR: valore di cresta della corrente interrotta limitata;
Ip: corrente di picco limitata;
tpa: durata di pre-arco;
ta: durata di arco;
tf: durata di funzionamento.
E’ importante considerare che l’impulso del prearco è sensibilmente costante (per ciascun tipo e calibro di
fusibile), qualunque sia la corrente di guasto. La conoscenza del valore dell’impulso termico è
indispensabile per determinare la selettività tra i vari sistemi di protezione serie.
35
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Fusibili
Costruzione e
funzionamento
Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito
Inizio del corto circuito (inizio della fase
di prearco).
Valore della corrente
presunta di cortocircuito: 4000 A
efficaci ovvero circa 10000 A di cresta
Il cortocircuito si sviluppa: gli elementi
fusibili si riscaldano, la temperatura
della
sezione
ridotta
sta
per
raggiungere i 1083 °C, punto di fusione
del rame.
Il cortocircuito risulta limitato (fine della
fase di prearco): l’elemento fusibile sta
per fondere e si divide in due parti; si
crea un arco elettrico che può
raggiungere i 2000 °C mentre la
corrente continua a passare.
36
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Fusibili
Costruzione e
funzionamento
Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito
L’arco elettrico fa fondere la sabbia e
tutto l’elemento fusibile; la sabbia
fondendo asporta calore, raffredda
l’arco e aumenta la resistenza elettrica
interna del fusibile. La corrente
decresce rapidamente
L’arco è spento; l’elemento fusibile è
scomparso, la temperatura interna del
fusibile è diminuita, la sabbia fusa si
solidifica, la corrente non passa più.
37
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Fusibili
Dati di Targa
Simboli per targhe (fusibili limitatori di corrente).
Simbolo
Significato
Corrente nominale.
Valori preferenziali della corrente nominale: 2 –4 – 6 –8 –10 – 12 –16 – 20 – 25 – 32 – 40 –50 –63 –80 –100 – 125 – 160 – 200 – 250 –315 – 400 – 500 – 630 – 800 – 1000 –
1250 A.
Caratteristica di intervento
Corrente convenzionale di non fusione.
Inf Valore di corrente che la cartuccia può portare durante il tempo convenzionale senza che si verifichi la fusione dell’elemento fusibile, essa è pari a 1,25
volte la corrente nominale.
If
Corrente convenzionale di fusione.
Valore di corrente che provoca il funzionamento della cartuccia nel tempo convenzionale, essa è pari a 1,6 volte la corrente nominale.
Tempo convenzionale:
per fusibili 16 = In = 63: 1h;
per fusibili 63 < In = 160: 2h;
per fusibili 160< In = 400: 3h;
per fusibili 400< In:
4h.
Categorie di utilizzazione
gG
gM
aM
Fusibili con potere di interruzione a pieno campo (sovraccarico + cortocircuito) per uso generale.
Fusibili con potere di interruzione a pieno campo (sovraccarico + cortocircuito) per la protezione dei circuiti di motori.
Fusibili con potere di interruzione a campo ridotto (solo cortocircuito) per la protezione dei circuiti di motori (se è richiesta la protezione anche dai sovraccarichi occorre
utilizzare in aggiunta uno specifico dispositivo di protezione es. relè termico.
38
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Fusibili
Dati di Targa
Simboli per targhe (fusibili miniatura).
Simbolo
Significato
Corrente nominale.
Da 2 mA a 10 A.
FF
F
M
T
TT
H
L
Caratteristica di intervento
Fusione ultrarapida: trovano impiego per la protezione di sistemi con transistor, semiconduttori, diodi, ecc.
Fusione rapida: vengono impiegati per la protezione di circuiti contro le sovracorrenti ed i cortocircuiti; è bene non inserirli in circuiti
soggetti a sbalzi di corrente.
Fusione semiritardata: l’utilizzazione di questo tipo di fusibile è consigliata per la protezione del secondario dei trasformatori e per tutte
quelle apparecchiature che hanno piccoli sbalzi di corrente.
Fusione ritardata: vengono impiegati per la protezione di apparecchiature dove sono frequenti sensibili sbalzi di corrente e trovano impiego
per la protezione di motorini, trasformatori, condensatori, ecc.
Fusione super-ritardata: vengono impiegati per la protezione di apparecchiature soggette a continui sbalzi di corrente e trovano impiego per
la protezione di motori, trasformatori e condensatori, ecc.
Categorie di utilizzazione
Elevato potere di interruzione (1500A).
Basso potere di interruzione (35A o 10In, prendendo il valore più alto)
Esempio di dati di targa: F400H250V, cartuccia a fusione rapida (F) con corrente nominale di 400 mA ad elevato potere di interruzione (H) e tensione
nominale di 250V.
39
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Interruttori automatici
Descrizione
L’interruttore automatico (o magnetotermico) viene
utilizzato sia come dispositivo di manovra che come
sistema di protezione dalle sovracorrenti.
Gli interruttori automatici incorporano dei dispositivi (detti
sganciatori) che azionano il meccanismo di sgancio e
quindi l’apertura dei contatti quando la corrente del circuito
su cui sono posti supera il valore prefissato (If).
La protezione dai cortocircuiti è realizzata mediante l’uso
di un elettromagnete mentre quella dai sovraccarichi è
ottenuta impiegando un elemento termico detto bimetallo
(o bilama).
40
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
Costruzione e sovracorrenti - Interruttori automatici
funzionamento
Intervento magnetico: la corrente di
cortocircuito che percorre il circuito
magnetico (v.fig. a lato) produce una
forza che attrae un’ancora
determinando l’apertura dei contatti.
Intervento termico: la corrente di
sovraccarico che attraversa la bilama
(v.fig. a lato) determina un
riscaldamento della stessa la quale si
deforma fino a provocare l’apertura
dei contatti.
Spegnimento dell’arco: la camera di
soffio dell’arco realizzata mediante
setti separatori di materiale isolante
costringe la scarica elettrica ad
allungarsi e raffreddarsi determinando
così la rapida estinzione della stessa.
41
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Interruttori automatici
Dati di targa per interruttori per uso domestico e similare
Simbolo
Significato
Corrente nominale.
(1)
Dati di Targa
Valori della corrente nominale: 0,5 – 1 – 1,6 – 2 – 3 – 4 - (6) – 8 - (10) – (13) – (16) – (20) – (25) – (32) – (40) – (50) – (63) – (80)
– (100) – (125) A. I valori fra parentesi sono preferenziali.
Potere di cortocircuito nominale (ICN).
(2)
Valore del potere di cortocircuito estremo, esso rappresenta la corrente massima che l’interruttore può interrompere,
successivamente non viene garantito che le caratteristiche elettriche ed in particolare la capacità di portare con continuità la sua
corrente nominale rimangano inalterate. Il fattore K rappresenta il rapporto fra ICS e ICN dove ICS è la corrente massima che
l’interruttore può interrompere (per 2 volte) senza che vengano alterate le caratteristiche elettriche dell’interruttore ed in particolare
la capacità di portare con continuità la sua corrente nominale.
ICN
K
= 6000 A
1
> 6000 A
0,75(*)
=10000 A
>10000 A
0,5(**)
(*) Valore minimo di ICS: 6000A
(**) Valore minimo di ICS: 7500A
Valori normali del potere di cortocircuito: 1500 – 3000 – 4500 – 6000 – 10000 – 15000 – 20000 – 25000 A
Classe I2 t
(3)
Classificazione sulla base dell’energia specifica passante massima in relazione del potere nominale di cortocircuito. Essa viene
impiegata ai fini della verifica della protezione dei cavi in condizione di cortocircuito ed eventualmente la determinazione della
selettività con un fusibile.
Caratteristica d’intervento.
Inf Corrente convenzionale di non intervento.
Valore che l’interruttore può portare durante il tempo convenzionale, essa è pari a 1,13 volte la corrente nominale.
If
Corrente convenzionale di intervento.
Valore che determina lo sgancio dell’interruttore entro il tempo convenzionale, essa è pari a 1,45 volte la corrente nominale.
Tempo convenzionale.
Il tempo convenzionale è a 1 h per gli interruttori con Ie} 63 A mentre è 2 h per gli altri interruttori.
Corrente d’intervento istantaneo.
(1)
Minimo valore di corrente che provoca l’apertura istantanea dell’interuttore, essa dipende dal tipo di interruttore (B, C o D).
B
Tipo B (intervento rapido).
C
Tipo C (intervento medio).
D
Tipo D (intervento ritardato).
Intervento da 3 a 5 volte la corrente nominale.
Intervento da 5 a 10 volte la corrente nominale.
(1)
(2)
(3)
Intervento da 10 a 20 volte la corrente nominale
In targa la corrente nominale viene riportata senza il simbolo “A” preceduta dal simbolo dell’intervento istantaneo (B, C o D) per es. C25.
In targa il valore del potere di cortocircuito è riportato all’interno di un rettangolo.
In targa viene riportato il valore della classe (1, 2 o 3).
42
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Interruttori differenziali
Descrizione
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 + ev. 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.
43
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Interruttori differenziali
Costruzione e
funzionamento
Principio di funzionamento di un un interruttore differenziale
44
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Interruttori differenziali
Costruzione e
funzionamento
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
45
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Interruttori differenziali
Dati di Targa
Dati di targa per interruttori differenziali per uso domestico e similare
Simbolo
In
I∆n
Significato
Corrente nominale.
Valori preferenziali della corrente nominale: 10 –13 – 16 –20 - 25 – 32 – 40 –63 –80 –
100 –125 A.
Corrente differenziale d’intervento.
Valori normali di corrente differenziale d’intervento: 0,01 – 0,03 – 0,1 – 0,3 – 0,5 A.
(Il valore normale della corrente di non intervento differenziale è 0,5 I∆n).
Differenziali di tipo AC.
Intervengono solo per correnti di guasto alternate.
Differenziali di tipo A.
Intervengono, entro certi limiti, anche per correnti di guasto unidirezionali pulsanti.
Differenziali di tipo B.
Intervengono anche per tutte le correnti di guasto unidirezionali (correnti continue).
Differenziale immune da interventi intempestivi.
Apparecchio immune dagli scatti intempestivi a seguito di onde di corrente di tipo
impulsivo che circolano attraverso le capacità in aria esistenti tra impianto e terra, causate
ad esempio da sovratensioni di origine atmosferica o dovute a manovre di grossi carichi
sulla rete di alimentazione.
Differenziali con ritardo intenzionale (selettivi).
Differenziali adatti ad essere installati in ambienti con temperatura fino a – 25 °C.
T
Mezzo di azionamento del dispositivo di prova.
46
Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle
sovracorrenti - Criteri di scelta
Impiego
Protezione addizionale dai contatti diretti
Protezione dai contatti indiretti
Protezione dai sovraccarichi
Protezione dai cortocircuiti
Selettività
Fusibili
NO
Interruttori Automatici
Interruttori Differenziali
NO
SI
Per questo tipo di protezione occorre
utilizzare interruttori differenziali ad
intervento istantaneo con I'n } 30mA
SI
Per questo tipo di protezione l'utilizzo di questi apparati non sono
particolarmente indicati. Di fatto possono trovare applicazione solo nei sistemi
TN quando per specifici motivi è controindicato l'utilizzo di dispositivi
differenziali.
SI
SI
Per questo tipo di protezione
Di fatto questo è il sistema più affidabile
l'utilizzo dei fusibili non sempre
per la protezione dai sovraccarichi
garantisce una protezione ottimale.
SI
Questo sistema, per la protezione dai
SI
cortocircuiti, pur essendo molto diffuso
Questo sistema, se di tipo
può presentare notevoli limitazioni di uso
limitatore, riduce, in caso di
o elevati costi laddove venga utilizzato in
cortocircuito, l'energia specifica
impianti il cui valore della corrente di
passante. Questo permette di
cortocircuito presunta nel punto di
ridurre al minimo le sollecitazioni
installazione risulti particolarmente
termiche e dinamiche sui dispositivi
elevato. In questo caso potrebbe essere
che si intende proteggere.
utile prevedere (in alternativa) la
protezione a mezzo fusibile.
Verifica della congruenza fra i
valori di energia specifica passante
di prearco per il fusibile a monte e
di arco per quello a valle.
Verifica della selettività sulla base di
tabelle e grafici sperimentali forniti dai
singoli costruttori.
SI
Di fatto questo è il sistema più affidabile
per la protezione dai contatti indiretti
NO
NO
Per ottenere fra più dispositivi differenziali
collegati in cascata una selettività totale
occorre impiegare a monte dispositivi
differenziali di tipo selettivo (ovvero con
ritardo intenzionale), scegliendo o tarando
i relé di intervento in modo tale che la I'
del dispositivo a monte sia superiore a 3
volte di quella del dispositivo a valle
ovviamente i tempi di intervento ritardati
dell’interruttore posto a monte dovranno
risultare non superiori a quelli previsti
dalle Norme CEI 64-8 per la protezione
dai contatti indiretti.
47
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Scopi
Sicurezza elettrica
(Rischio di
folgorazione)
Protezione dai contatti
indiretti
Protezione dalle scariche atmosferiche
Potenza: es. funzionamento di speciali circuiti monofilo con
ritorno a terra (ferrovie, tramvie)
Scopi funzionali
(e di sicurezza diversi
dal rischio di
folgorazione)
Misura: es. riferimento del potenziale di terra in alcune misure
elettriche di precisione
Protezione: es. protezione catodica delle strutture metalliche
(serbatoi interrati di GPL)
Eliminazione cariche elettrostatiche: per motivi di sicurezza
(es. luoghi con pericolo di esplosione) e/o per ragioni
funzionali (es. particolari tipi di lavorazione)
Unicità dell'impianto di terra
Realizzare, per i vari scopi, distinti impianti di terra comporta il rischio, assai grave, di avere parti metalliche scoperte ed
accessibili a potenziali diversi. Per questa ragione la Norma CEI 64-8/4 prescrive che l’impianto di terra deve essere unico per
masse simultaneamente accessibili (Art. 413.1.1.2).
Solo in situazioni particolari, quando esista una incompatibilità fra due diverse funzioni, si possono avere, nello stesso ambiente,
due impianti di terra distinti; in tali casi si devono però prendere provvedimenti affinché le parti metalliche collegate ai due
diversi dispersori non possano essere toccate simultaneamente (allontanamento oltre 2,5 m, interposizione di ripari, ecc.).
48
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Sistemi TT
La funzione dell’impianto di terra, negli impianti utilizzatori
alimentati da sistemi TT, è quella di convogliare verso
terra la corrente di guasto provocando l’intervento del
dispositivo di protezione con interruzione automatica
della corrente di guasto ed evitando così il permanere di
tensioni pericolose sulle masse.
Sistemi TN
Nel caso di sistema TN, il conduttore di protezione viene
in genere collegato direttamente al centro stella del
secondario del trasformatore, con la conseguenza che, in
caso di guasto su una massa sul circuito di bassa
tensione, la corrente si chiude attraverso il conduttore di
protezione, senza così interessare il dispersore, che
viene dimensionato in funzione di guasti che si
verifichino sul circuito di alimentazione di media
tensione.
Sistemi IT
Nel caso di sistema IT lo scopo del collegamento delle
masse a terra è quello di limitare la tensione totale
verso terra di una massa in avaria, in caso di primo
guasto.
49
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Sistema TT
La corrente Ia è la corrente che determina l’intervento del dispositivo di
protezione (interruttore automatico o differenziale) in tempi non superiori a:
4per 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);
4 nei circuiti di distribuzione è ammesso l'uso di interruttori differenziali di
tipo "S" con tempo di ritardo massimo di 1s.
50
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Sistema TN
La corrente che interessa la parte dell’impianto di
terra costituito dai dispersori è solo quella relativa
al Guasto sul lato MT
51
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Sistema TN
Cabine di distribuzione gestite dall'utente (sistema TN)
con terra di cabina distribuita alle utenze
Impianto di terra unico con le masse dell'alta e della bassa
tensione ed il neutro collegati insieme
UT ≤ UTP e US ≤ 3UTP
dove:
UT è la tensione di contatto (determinabile tramite misure);
UTP è la tensione di contatto ammissibile (v.grafico a lato);
US è la tensione di passo (determinabile tramite misure);
In alternativa (e più semplicemente):
UE ≤ UTP
dove:
UE è la tensione totale di terra (data dal prodotto RT x IG)
dove:
RT è il valore della resistenza di terra;
IG è il valore della corrente di guasto verso terra (dato ENEL)
Pertanto:
RT ≤ UTP/IG
Tensioni di contatto ammissibili UTP per correnti di durata
limitata
Note:
Il valore in secondi del tempo di permanenza della corrente
viene fornito dall’ENEL.
Se la durata della corrente è molto più lunga di quanto
mostrato nel grafico, si può usare per U TP un valore di 75 V.
52
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Sistema IT
Nei sistemi IT è richiesto che il prodotto della
corrente di 1° 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
53
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Valori della resistenza di terra ipotizzabile per i vari sistemi
Sistema TT
RT ≤ 50 (25)/ Ia
5Ω ÷ 5kΩ
Interruttori automatici
25mΩ ÷ 500mΩ
Sistema TN
RT ≤ UTP/IG
100mΩ ÷ 10Ω
Sistema IT
RB ≤ 50 (25)/Id
1kΩ ÷ 100kΩ
Valori orientativi ipotizzabili
Interruttori differenziali
54
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
(Protezione dai contatti indiretti)
Concetti di
base
La resistenza elettrica di un dispersore di terra si trova prevalentemente localizzata
in corrispondenza della superficie di contatto fra il dispersore e il suolo e negli
strati di terreno contigui, mentre gli strati più lontani non determinano alcun
ulteriore incremento apprezzabile: ne risulta che la resistenza totale misurata fra
due dispersori di terra è praticamente indipendente dalla distanza che intercede fra
l’uno e l’altro dispersore, purché tale distanza superi un certo limite che può essere
dell’ordine di una decina di metri. La ragione sta nel fatto che le linee di corrente
che divergono da un dispersore arrivano a diffondersi, già a breve distanza, entro
un mezzo conduttore di sezione praticamente infinita, la cui resistenza elettrica
diviene pertanto trascurabile.
55
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
Concetti di
base
(Protezione dai contatti indiretti)
Per la determinazione della resistenza di un dispersore di terra ci si basa
comunemente sulla misura della caduta di tensione che si manifesta facendo
attraversare il dispersore di terra T da una corrente opportuna: si richiede allo
scopo una presa di terra ausiliaria, denominata sonda di corrente, infissa ad una
certa distanza dalla prima, ed un generatore opportuno con i poli collegati alle
due prese come nello schema della figura riportata a lato. una seconda presa
ausiliaria P denominata sonda di tensione viene infissa in un punto intermedio
fra le due precedenti per il rilievo della caduta di tensione provocata dalla presa
di terra T.
Se tra quest’ultima e la sonda di corrente C si fa passare una certa corrente IT, la
curva che rappresenta le cadute di tensione fra il dispersore T e la sonda di terra
ausiliaria C assume un andamento del tipo riportato nella figura riportata a lato.
In ogni caso, eseguendo il rapporto fra la tensione applicata VTC e la corrente IT
si ottiene la resistenza complessiva offerta dal dispersore T e dalla sonda di terra
ausiliaria C [RT + RC = VTC/IT]; mentre la resistenza dell’impianto di terra T
viene espressa dal rapporto [RT = VTP/IT] essendo VTP la caduta di tensione
parziale fra l’impianto di terra T e la sonda di tensione P.Per poter individuare
con sicurezza il tratto orizzontale delle curve di tensione in corrispondenza del
quale infiggere la sonda di corrente P è bene eseguire tre misure di resistenza,
una con la sonda di tensione a metà distanza fra la sonda di corrente e il
dispersore T, le altre due ponendo la sonda di tensione una volta 3-4 metri verso
il dispersore, una volta 3-4 metri verso la sonda di corrente. Se le tre misure
danno praticamente lo stesso valore, questo rappresenterà senz’altro la reale
resistenza di terra RT: se invece i valori risultano diversi bisognerà allontanare la
sonda di corrente e ripetere le misure come sopra, fino ad ottenere tre
determinazioni praticamente coincidenti.
56
Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili
Strumento di
misura
(Protezione dai contatti indiretti)
Principio di funzionamento del
Terrometro o tellurometro
Esso corrisponde sostanzialmente al metodo potenziometrico che si realizza mettendo
in opposizione fra loro la caduta di tensione RT IT provocata dalla resistenza incognita
RT percorsa da una certa corrente IT, con la caduta di tensione r I2 che si verifica in
una resistenza variabile per gradi noti e che è percorsa da una corrente I2 avente
un’egual fase ed un rapporto costante con la corrente IT.
Per realizzare quest’ultima condizione la corrente I2 viene ricavata dall’avvolgimento
secondario di un trasformatore di corrente, il cui primario viene percorso dalla
corrente IT che è prodotta a sua volta da un piccolo generatore di corrente alternata
alimentato a batteria. Il circuito della corrente IT si chiude attraverso la sonda di
corrente C mentre la sonda di tensione P consente di mettere a raffronto le due cadute
RT IT ed r I2 attraverso un elettrodinamometro E.
La misura si compie premendo il tasto di attivazione del generatore di tensione
alternata e spostando il cursore K, che è del tipo a manopola, fino ad ottenere
l’azzeramento dell’elettrodinamometro: a equilibrio raggiunto si ha l’eguaglianza:
RT ⋅ IT = r ⋅ I2 dalla quale si ricava:
RT = r ⋅ I2 /IT = r ⋅ m
essendo m = I2/IT il rapporto del trasformatore di corrente.
In genere, un apposito commutatore consente di variare il rapporto spire del
trasformatore, così da ottenere più valori di m, ad esempio per m = 1 il valore della
resistenza incognita RT è fornito per lettura diretta dal numero che si legge ad
equilibrio raggiunto, in corrispondenza del cursore K; mentre per m = 10 la resistenza
incognita è pari a 10 volte il valore letto. L’apparecchio è corredato da due picchetti
da infiggere nel suolo per realizzare rispettivamente la sonda di corrente e la sonda di
tensione.
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Cantieri Edili - Definizioni
La Normativa definisce come impianti elettrici nei cantieri di
costruzione e demolizioni gli impianti temporanei destinati a:
-lavori di costruzione di nuovi edifici;
-lavori di riparazione, trasformazione, ampliamento o
demolizione di edifici esistenti;
-opere pubbliche;
-lavori di movimentazione di terra;
-lavori simili.
Non si considerano soggetti in ogni caso a questa normativa
specifica (anche se facenti parte dell'impianto elettrico di cantiere)
i luoghi di servizio dei cantieri quali: uffici, spogliatoi, sale di
riunione, spacci, ristoranti, dormitori, servizi igienici, ecc..
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Cantieri Edili - Protezione dai contatti diretti ed indiretti
Nel caso in cui venga impiegato il sistema di protezione dai
contatti
indiretti
mediante
interruzione
automatica
dell'alimentazione occorre:
-nei sistemi TT, dimensionare l'impianto di terra per una
tensione di contatto limite pari a 25V c.a. o 60V c.c.;
-nei sistemi TN, verificare il tempo di intervento della
protezione (per impianti con una tensione verso terra di
230V: ≤0,2 s).
Le prese a spina debbono essere conformi alle Norme CEI 2312/1 e 23-12/2 (prese a spina per uso industriale) ed alimentate:
-da dispositivi differenziali con Idn ≤ 30mA, oppure;
-da circuiti SELV, oppure;
-mediante separazione elettrica con ciascuna presa a spina
alimentata da un trasformatore distinto.
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Cantieri Edili - Scelta ed installazione dei componenti
Oggetto della
prescrizione.
Quadri elettrici.
Condutture.
Dispositivi di
protezione, di
sezionamento e di
comando.
Prese a spina.
Prescrizioni
I quadri per la distribuzione debbono essere di tipo ASC, conformi alla Norma CEI 17-13/4 con
grado di protezione non inferiore a IP43.
Le condutture debbono essere installate in modo da evitare sollecitazioni sui conduttori e devono
essere protette contro il danneggiamento meccanico, in particolare è vietato la posa attraverso
luoghi di passaggio per veicoli o pedoni. Nel caso si utilizzino cavi flessibili debbono essere
impiegati cavi dei tipo H07RN-F o H07BQ-F, mentre per i cavi con posa fissa è possibile adoperare
i tipi FG7OR e N1VV-K.
Tutti i circuiti elettrici in ingresso ed in uscita dai quadri di distribuzione debbono essere
adeguatamente sezionati e protetti contro le sovracorrenti ed i contatti indiretti. I dispositivi di
sezionamento (utilizzati per manutenzione sia elettrica che non elettrica) devono essere adatti per
essere fissati nella posizione di aperto (per es. lucchetto esterno o posti all'interno di involucri
chiudibili a chiave). Deve inoltre essere prevista l'interruzione di emergenza dell'alimentazione di
tutti gli apparecchi utilizzatori per i quali possa essere necessario interrompere tutti i conduttori
attivi per eliminare un pericolo.
Le prese a spina possono essere collocate all'esterno o all'interno delle ASC, incorporate in
avvolgicavo oppure essere del tipo mobile conforme alla Norma CEI 23-12.
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Bagni - Definizione zone
Nei bagni, l'installazione delle varie apparecchiature elettriche è
soggetta a prescrizioni ben precise, determinate in base
all'individuazione di zone di rispetto (art.701.3 della Norma CEI
64-8/7).
Le zone di rispetto dei locali da bagno e doccia, sono quelle
d'intorno la vasca da bagno, o la zona doccia e vengono
classificate nel seguente modo (v. la tab. della pagina successiva):
Zona 0: volume interno della vasca o del piatto doccia.
Zona 1: volume esterno verticale della zona 0 fino a 2,25
m di altezza sopra il pavimento.
Zona 2: volume esterno dalla zona 1 fino a 0,6 m di
distanza in orizzontale da quest'ultima e 2,25 m di altezza
sopra il pavimento.
Zona 3: volume esterno della zona 2 fino a 2,4 m di
distanza in orizzontale da quest'ultima e 2,25 m di altezza
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sopra il pavimento.
Bagni - Definizione zone
Figura
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
l)
m)
Legenda
Uscita cordone scalda acqua.
Cavo multipolare con guaina non metallica
senza giunzioni (tratto più breve possibile).
Scalda acqua elettrico.
Combinazione da incasso pulsante allarme a
tirante in materiale isolante.
Eventuale apparecchio illuminante fisso,
classe II.
Cassetta di derivazione da parete (con nodo
equipotenziale connesso al conduttore di
protezione).
Comando e protezione lavatrice.
Lavatrice.
Combinazione da incasso: interruttore,
lampada specchio e presa/e 230 V (2P+T
10A).
Specchio con lampade incorporate.
Riparo o diaframma fisso (con materiale
isolante).
Gradi di protezione dei componenti contro la
penetrazione di liquidi:
Zona 1 e 2: non inferiore a IPX4.
Zona 3: non inferiore a IPX1, si ammette di
regola l'installazione di componenti ordinari da
incasso verticale. Se si effettuano pulizie con
getti d'acqua prevedere componenti con grado di
protezione non inferiore a IPX5.
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Bagni - Definizione zone
Oggetto della prescrizione
Grado di protezione minimo
contro la penetrazione dei
liquidi
Apparecchi di comando, di
protezione, ecc.
Prese a spina
Cassette di derivazione
Zona 0
Zona 1
Prescrizioni
Zona 2
Zona 3
-
IPX4(1)
IPX4(1)
IPX1(1)
Vietati
Ammessi solo interruttori alimentati da SELV(2) con tensione inferiore a 12V c.a. e 30V
c.c.
Ammesse solo se alimentate
singolarmente da trasformatore
d'isolamento (prese per rasoi)
Vietate
Vietate
Nessuna limitazione (regole generali)
Ammesse, purché:
- protette con interruttore differenziale
ad alta sensibilità (}30mA), oppure;
- alimentate da SELV(2), oppure;
- alimentate con proprio trasformatore
d'isolamento.
Nessuna limitazione (regole generali)
Ammessi:
- scaldacqua;
- apparecchi alimentati da SELV(2) ;
Ammessi:
- apparecchi
di
illuminazione,
- scaldacqua;
riscaldamento, ventilatori-aspiratori
Nessuna limitazione (regole generali)
Apparecchi utilizzatori fissi
Vietati
(2)
- apparecchi alimentati da SELV ;
e vasche per idromassaggio di
- vasche per idromassaggio(3).
classe II e I, protetti questi ultimi
con interruttore differenziale ad alta
sensibilità ( inferiore a 30mA).
Elementi scaldanti
Ammessi solo se protetti da schermo metallico connesso al collegamento equipotenziale supplementare.
Nella zona 0 è vietata l'installazione di condutture elettriche. Nelle zone 1, 2 e 3 non è consigliabile l'uso di cavi in vista, a meno che non
Condutture (eccetto quelle
appartengano a sistemi SELV(2), o siano costituiti da tratti limitati al collegamento degli apparecchi utilizzatori. Nelle zone 1 e 2 non è ammesso
incassate a una profondità
l'attraversamento di condutture alimentanti apparecchiature situate in zone diverse da queste; inoltre esse devono avere un isolamento equivalente
maggiore di 5 cm)
alla classe II, a tal fine è sufficiente impiegare cavi unipolari infilati entro tubi non metallici o cavi multipolari con guaina non metallica.
Collegamento
Collegamento di tutte le masse estranee(4) all'impianto di terra con conduttore di sezione minima non inferiore a 2,5 mm2 (se protette
equipotenziale
meccanicamente) e a 4 mm2 (se a vista o annegate direttamente nella muratura). Tale collegamento è sufficiente che venga eseguito in un solo
supplementare
punto, in corrispondenza dell'ingresso delle masse estranee nei locali da bagno.
(1) Nei locali pubblici deve essere previsto un grado di protezione non inferiore a IPX5.
(2) In questo tipo di locali se si utilizzano circuiti SELV si deve prevedere la protezione dai contatti diretti (a prescindere dalla tensione nominale) o tramite involucri o barriere
(IPXXB) o con un isolamento in grado di sopportare una tensione di prova di 500V per 1 minuto.
(3) Con collegamento supplementare e segregazione.
(4) Per massa estranea si intende un corpo metallico che non fa parte dell'impianto elettrico e che può introdurre il potenziale di terra; in ambienti ordinari si intendono tali i
corpi metallici che presentano una resistenza di terra inferiore a 1000 ohm.
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