progettazione degli impianti elettrici

PROGETTAZIONE DEGLI
IMPIANTI ELETTRICI
dott. ing. Michele Marco Aiello
IL PROGETTO
la redazione del progetto, di cui all'art. 5 del Decreto n. 37/2008 da parte di professionisti (iscritti
negli albi professionali, nell'ambito delle rispettive competenze), è obbligatoria per
l’installazione, la trasformazione e l’ampliamento degli impianti elettrici di cui all’art.1, comma 1,
lettera a), della legge stessa, per:
unità immobiliari ad uso abitativo (impropriamente noti come “impianti elettrici civili”) o a studio
professionale o a sede di persone giuridiche private, circoli o conventi o associazioni se:
• sono caratterizzati da superficie superiore a 400 mq,
• comprendono una centrale termica a gas di potenza > 35 kW,
• hanno classe di compartimento antincendio ≥ 30,
• comprendono locali adibiti ad uso medico;
servizi condominiali se:
• sono caratterizzati da superficie superiore a 400 mq,
• comprendono una centrale termica a gas di potenza > 35 kW,
• hanno classe di compartimento antincendio ≥ 30,
• comprendono locali adibiti ad uso medico;
locali adibiti ad attività produttive (impropriamente noti come “impianti elettrici industriali”),
commerciali e del terziario se:
• comprendono cabina di trasformazione propria,
• hanno superficie > 200 mq,
• sono situati il luogo con pericolo di esplosione o a maggior rischio di incendio,
• comprendono locali adibiti ad uso medico.
dott. ing. Michele Marco Aiello
IL PROGETTO
I progetti debbono contenere:
•gli schemi dell’impianto e i disegni planimetrici
•una relazione tecnica sulla consistenza e sulla tipologia dell'installazione, della
trasformazione o dell’ampliamento dell'impianto stesso, con particolare riguardo
all'individuazione dei materiali e componenti da utilizzare e alle misure di prevenzione
e di sicurezza da adottare.
Il progetto definitivo o esecutivo descrive l’impianto in maniera esaustiva mediante:
•relazioni tecniche
•schemi per la disposizione funzionale dei componenti (schemi unifilari o multifilari dei
quadri di distribuzione)
•planimetrie per la disposizione topografica dei componenti elettrici.
Si considerano redatti secondo la buona tecnica professionale i progetti elaborati in
conformità alle indicazioni delle guide dell’Ente Italiano di Unificazione (UNI) e del
Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI). Qualora l’impianto a base di progetto sia variato
in opera, il progetto presentato deve essere integrato con la necessaria
documentazione tecnica attestante tali varianti in corso d’opera, alle quali, oltre che al
progetto, l’installatore deve far riferimento nella sua dichiarazione di conformità.
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LE NORME CEI
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SISTEMI ELETTRICI
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IL BUON PROGETTO
Per QUALITÀ si intende l'attitudine del sistema a garantire la continuità della
disponibilità dell'alimentazione agli utilizzatori  Continuità assoluta e
caratteristiche dell'alimentazione sempre adeguate non sono tecnicamente
ottenibili  Occorre allora individuare le categorie di appartenenza degli
utilizzatori, in relazione alle specifiche esigenze di affidabilità dell'alimentazione,
per poter decidere sulla struttura di rete e le modalità di conduzione della stessa
capaci di garantire alle diverse categorie l'affidabilità richiesta
Si intende per FLESSIBILITÀ l'attitudine del sistema a:
•essere adattato, modificato e ampliato per rispondere a nuove esigenze, senza
che ciò richieda modifiche sostanziali o interruzioni del servizio
•permettere la possibilità di doppie alimentazioni, di alimentazioni di riserva o di
sicurezza
•essere esercito in modo diverso da quello previsto come normale, per esigenze
di manutenzione, di riparazione di guasti, di verifiche, etc.
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IL BUON PROGETTO
La SEMPLICITÀ DI ESERCIZIO è legata a:
•razionalità dello schema
•assenza di non necessarie complicazioni costruttive e funzionali
•chiarezza e logicità delle sequenze di manovra, sia in condizioni normali che in
condizioni di emergenza
•uniformità delle sequenze di manovra per tutte le parti di impianto
É MODULARE un progetto organizzato in un certo numero di elementi che si
ripetono invariabili nell'impianto; da ciò possono ricavarsi alcuni vantaggi (ad
esempio, in termini di sostituibilità in caso di guasto (o di espansibilità per far
fronte a esigenze successive) attraverso l'impiego di elementi uguali utilizzati
in sostituzione (o in aggiunta).
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L’IMPOSTAZIONE PROGETTUALE IN BT
Analisi utenza ambiente
Corrente d’impiego dei cavi
Dimensionamento portata dei cavi
E’ verificata la caduta di
tensione?
Calcolo del livello di corto circuito sui quadri
Scelta dell’interruttore automatico
E’ verificata la protezione del
cavo?
E’ verificata la protezione
delle persone?
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SI
Progetto
esecutivo
DIMENSIONAMENTO
Uno degli aspetti caratterizzanti il dimensionamento è la potenza massima
richiesta dal carico  occorre tener conto del possibile/prevedibile, aumento di
questa nel corso degli anni, per dimensionare correttamente dall'inizio l'impianto.
Dalla conoscenza dei fattori di utilizzazione b della potenza installata e dei fattori
di contemporaneità c, si può risalire alla potenza massima assorbita nelle singole
sezioni di impianto e dal complesso delle utenze presso l'utilizzatore:
Plinea = Σ Putenza · b · c
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DIMENSIONAMENTO
Rientrano fra i carichi ordinari quelli per servizi generali e per lavorazioni non
essenziali, l'illuminazione ordinaria di interni ed esterni, gli impianti di
condizionamento e di riscaldamento generali, le prese di corrente per alimentazioni
ordinarie. Interruzioni elettriche per questi utilizzatori sono tollerabili anche per un
tempo relativamente lungo.
Sono carichi preferenziali quelli relativi a servizi/lavorazioni per i quali sono tollerate
brevi interruzioni (non > 20 s): servizi di illuminazione di passaggi, scale e locali
particolari, sistemi di riscaldamento e di condizionamento di particolari locali, gli
ascensori, la carica delle batterie.
I carichi privilegiati sono quelli che garantiscono i servizi di sicurezza: illuminazione
di sicurezza (scale, uscite, ascensori, cabine elettriche), elaborazione e trasmissione
dati, sistemi di telecomunicazione, sistemi di allarme e di sorveglianza, segnalazioni
e sistemi antincendio, sistemi TVCC.
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CALCOLO ELETTRICO
1. nel progetto di un impianto  la determinazione delle sezioni dei conduttori
nelle diverse parti di impianto compatibili con le cadute di tensione ammissibili e
le correnti di impiego
2. nel calcolo di verifica: il rispetto di determinate condizioni sulle cadute di
tensione e sulle portate dei conduttori
LE GRANDEZZE CARATTERISTICHE
•
•
•
Corrente dell’utilizzatore Ib (legata alla potenza massima)
Corrente nominale del dispositivo d’interruzione In: tensione a cui è riferito l'uso
dell'interruttore  corrente che l'interruttore è destinato a portare in servizio
ininterrotto ad una temperatura ambiente di riferimento (normalmente 30° C)
Portata del conduttore Iz  il massimo valore di corrente che, circolando con
continuità in determinate condizioni ambientali (modalità di posa, temperatura
ambiente, ecc.) porta una definita temperatura della linea
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Ib 
Pn
3   U n  cos 
CALCOLO ELETTRICO
La potenza assorbita sarà calcolata definendo, per ogni utenza, i dati relativi
(considerando che per i motori la potenza fornita dal costruttore è normalmente
la potenza resa).
La corrente assorbita sarà ricavabile dalla seguente relazione:
Ib = Pn / (1,732 · μ · Un · cosφ), ove
•
•
•
•
Pn = potenza nominale resa,
Un = tensione nominale,
μ = rendimento del motore,
cos φ = fattore di potenza del motore (1 per utenze ordinarie).
Il cos φ ove possibile, sarà determinato per via analitica mentre negli altri casi
sarà scelto secondo i seguenti criteri:
• cos φ = 0,9 per linee rifasate localmente come impianti di illuminazione, oppure
linea di alimentazione dal trasformatore al quadro generale;
• cos φ = 0,8 per linee che alimentano singoli carichi non rifasati;
• cos φ = 0,7 per linee che alimentano carichi non rifasati localmente con basso
fattore di utilizzazione, come motori funzionanti a vuoto o a carico ridotto.
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CALCOLO ELETTRICO
Per garantire allora che la temperatura di una linea si mantenga entro i valori
prescritti, occorre che sia:
Ib ≤ Iz
Affinchè sia possibile che un dispositivo d’interruzione protegga la linea da esso
“uscente” si dovrà avere anche che:
In ≤ Iz
Poiché il dispositivo d’interruzione possa permettere la continuità d’erogazione
all’utilizzatore sarà:
Ib ≤ In
Pertanto si avrà:
Ib ≤ In ≤ I z
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CALCOLO ELETTRICO
Il buon funzionamento delle apparecchiature elettriche è garantito quando la tensione ai capi
delle stesse non si discosta molto dal valore nominale, e la frequenza è pari a quella nominale.
Tuttavia, la variazione, anche notevole, degli assorbimenti da parte dei carichi determina una
corrispondente variazione della CADUTA DI TENSIONE (CDT) sulle impedenze delle linee e
dei trasformatori. La conseguenza è la variazione, da una condizione di funzionamento ad
un’altra, della tensione ai capi delle utilizzazione elettriche; tali variazioni vanno
adeguatamente compensate o limitate. Negli impianti utilizzatori di I categoria si raccomanda
che la CDT tra l’origine dell’impianto e qualunque apparecchio utilizzatore non sia maggiore
del 4% della tensione nominale. Il valore della caduta di tensione può essere calcolato
mediante la formula classica:
ΔU = k Ib L (R cosφ + X senφ), ove
Ib è la corrente assorbita dall’utenza in A,
k è un fattore di tensione pari a 2 nei sistemi monofasi e bifasi e a 1,73 nei sistemi trifasi,
L è la lunghezza della linea in km,
R è la resistenza di un chilometro di cavo (W/km),
X è la reattanza di un km di cavo (W/km),
cosφ è il fattore di potenza del carico.
Volendo il valore percentuale si avrà:
Δu% = ΔU x 100 / Un
dove Un è la tensione nominale dell’impianto in V.
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EFFETTI DELLA CORRENTE
Sovraccarico
La durata ammissibile per un sovraccarico dipende da diversi fattori: la
temperatura del conduttore precedente all'insorgere del sovraccarico, la
temperatura ambiente, la corrente di sovraccarico e le caratteristiche
dell'isolamento. In termini generali, un sovraccarico è sopportabile per una
durata tanto maggiore quanto
•minore è la corrente
•minore è la temperatura ambiente
•minore è la temperatura iniziale del conduttore
•maggiore è la perdita di vita utile ammissibile per ogni evento di sovraccarico
Corto-circuito
Una corrente di corto-circuito è invece sopportabile per una durata di tempo tale
che il conduttore non superi la massima temperatura ammessa in corto-circuito.
Con alcune ipotesi cautelative circa la temperatura del conduttore prima
dell'insorgere del corto-circuito e la temperatura ambiente, la massima
temperatura ammessa in corto circuito si traduce nel valor massimo dell'integrale
di Joule, o dell'energia specifica, che la linea è in grado di sopportare.
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EFFETTI DELLA CORRENTE
Mezzi preventivi
Per ridurre la probabilità che abbiano luogo correnti anormali, si adottano alcune
misure preventive:
•contro il sovraccarico, occorre dimensionare correttamente i componenti e farne
un uso corretto
•contro il corto-circuito, occorre adottare isolamenti adeguati a sostenere le
sollecitazioni elettriche, termiche e meccaniche.
Per limitare le conseguenze di correnti anormali, vanno previsti sistemi di
protezione sempre contro il corto-circuito, e contro i sovraccarichi se ipotizzabili.
Le caratteristiche delle protezioni devono essere coordinate con quelle degli
elementi protetti, in modo tale che:
•il sovraccarico, se consentito, non solleciti eccessivamente la linea;
•il corto-circuito sia disalimentato in tempi tali che non fluisca nella conduttura
un'energia specifica maggiore del massimo consentito (e non faccia così
superare al conduttore la massima temperatura ammessa in corto-circuito).
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DISPOSITIVI DI PROTEZIONE
sensibilità  l'attitudine a rilevare variazioni, anche relativamente piccole, delle
condizioni di funzionamento di un sistema.
selettività  la capacità del sistema di protezione di escludere dal servizio il solo
componente che si trova in condizioni anormali di funzionamento.
tempestività  la capacità di intervenire sempre e solo al momento opportuno.
autonomia  il sistema di protezione deve essere indipendente dalla struttura
della rete e dalle condizioni di funzionamento della stessa.
sicurezza di funzionamento  occorre che l'energia necessaria al
funzionamento della protezione sia sempre disponibile, anche, e soprattutto,
quando il sistema/componente protetto è in condizioni di funzionamento
anormale.
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DISPOSITIVI DI PROTEZIONE
corrente nominale  il massimo valore della corrente nominale prevista per questo
tipo di interruttore è 125 A. Nel campo da 6 A a 125 A i valori di In sono
preferibilmente 6 – 10 – 13 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125
Ampère; in commercio sono poi disponibili altri valori per piccole correnti (a partire da
0,5 A)
potere di corto-circuito nominale (estremo), Icn  valore efficace della
componente alternata della corrente di corto-circuito presunta che l'interruttore è
capace di stabilire, portare ed interrompere in condizioni specificate, relative in
particolare al fattore di potenza del circuito; il massimo valore previsto per questo tipo
di interruttori è 25000 A. Valori normalizzati sono 1500 – 3000 – 4500 – 6000 –
10000 – 15000 – 20000 – 25000 A.
corrente convenzionale di non intervento, Inf  valore di corrente che non
provoca l'intervento dell'interruttore per un intervallo di tempo convenzionale (1 h per
In ≤ 63 A, 2 h per In > 63 A)  Inf = 1,13 In nel caso di interruttori automatici per usi
domestici e similari
corrente convenzionale di intervento (termica), If  valore di corrente che
provoca l'intervento dell'interruttore entro un intervallo di tempo convenzionale (come
per Inf)  per questi interruttori è If = 1,45 In
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PROTEZIONE DAI SOVRACCARICHI
Verificare che sia:
Ib ≤ In ≤ Iz (1)
If ≤ 1,45 · Iz (2)
relazione (2)  il dispositivo di protezione deve avere una corrente di sicuro
funzionamento su sovraccarico (o corrente convenzionale d’intervento) If non
superiore alla portata della conduttura maggiorata del 45%.
PROTEZIONE DAI CORTOCIRCUITI
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PROTEZIONE DAI CORTOCIRCUITI
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SCHEMA CONCLUSIVO
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UN CASO DI STUDIO
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