Impianti elettrici - Università degli Studi di Firenze

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE
Facoltà di Architettura
Corso di Fisica Tecnica Ambientale
Prof. F. Sciurpi - Prof. S. Secchi
A A 2011
A.A.
2011-2012
2012
IMPIANTI ELETTRICI CIVILI
Per. Ind. Luca Baglioni
Dott. Arch. Andrea Salvietti
PROGETTAZIONE
I M P I A N T I
T E C N O L O G I C I
SALVIETTI STUDIO
ENERGIA ELETTRICA
OBIETIVO
Approfondire gli aspetti legati alla definizione ed
all’interazione
all
interazione degli impianti Elettrici negli edifici
ARGOMENTI
„
CORRENTE ALTERNATA / CORRENTE CONTINUA
„
DISTRIBUZIONE DELLA CORRENTE ALTERNATA
„
SISTEMA TRIFASE – SISTEMA MONOFASE
„
PROTEZIONE DEGLI IMPIANTI
„
IMPIANTO ELETTRICO NEGLI EDIFICI
„
IMPIANTO DI TERRA
„
SICUREZZA DEGLI IMPIANTI
Energia Elettrica
L'energia elettrica di cui abitualmente facciamo
uso, è essenzialmente in due forme :
„
„
Energia elettrica in Corrente Continua (DC)
Energia elettrica in Corrente Alternata (AC)
Corrente Continua:
„
La corrente continua è quella fornita da tutte le
b tt i di qualunque
batterie
l
genere esistenti
i t ti nell
mercato (Litio, Piombo, NiMh, ecc..) che
permettono il funzionamento di smartphone,
q
si produceva
p
attraverso
Tablet , PC ecc..;; questa
generatori rotanti chiamati dinamo, ma oggi
esclusivamente attraverso convertitori AC/DC
portatili, quali ad esempio i carica batterie,
alimentatori per Notebook
Notebook, ecc
ecc.., oppure con
sistemi AC/DC integrati nei TV, PC Desktop,
Stampanti , ecc..
Corrente Alternata:
„
La corrente alternata è quella che
troviamo sulle nostre case, aziende, uffici,
edifici pubblici, che illumina le nostre
strade che ci permette di utilizzare tutti gli
elettrodomestici
l tt d
ti i e lle apparecchiature
hi t
nelle
ll
prodotta con macchine
nostre case essa è p
elettriche che si chiamano Alternatori.
Perché la corrente alternata?
E più facile da produrre
E'
produrre, gli alternatori
sono macchine elettriche più semplici,
meno costose e con rendimenti più alti
rispetto alle dinamo
dinamo.
„ E' più facile da trasportare con gli
elettrodotti, ci sono minor perdite di
potenza sopratutto per grandi potenze
„
Corrente Continua e Corrente alternata
Corrente Alternata
„
La corrente alternata è caratterizzata da cariche
elettriche in moto variabile nel tempo sia in
intensità che in direzione.
direzione In Europa la corrente
elettrica viene distribuita sotto forma di corrente
alternata a frequenza costante di 50 Hz (La
positiva e q
quella negativa
g
si alternano
semionda p
nei conduttori ogni cinquantesimo di secondo)
Sistema Trifase
„
La trasmissione di corrente alternata
utilizzata in Italia ed in gran parte del
mondo e di tipo trifase, in quanto
particolarmente efficiente e con minori
dispersioni per effetto Joule (quindi
sezione del cavo elettrico più
ù piccola).
)
Sistema Trifase
„
Per sistema trifase si intende un particolare
sistema di produzione, distribuzione e utilizzo
dell’energia elettrica basato su tre tensioni
elettriche alternate, aventi la stessa frequenza e
la stessa differenza di fase. Un generatore
quindi assimilabile a tre g
generatori
trifase è q
singoli di corrente alternata di uguale frequenza
ma con fasi traslate o sfasate di 120°.
120 .
Sistema Trifase
Sistema Trifase
„
„
Se i tre generatori del sistema trifase fossero
fi i
fisicamente
t separati
ti tra
t loro,
l
ognuno di essii
dovrebbe essere dotato di una propria linea
composta da 2 conduttori; quindi in totale
sarebbero necessari 6 cavi elettrici ((1 fase+1
neutro).
Nel sistema trifase i 3 generatori sono
sincronizzati e sfasati come già detto di 120°. Di
conseguenza la somma algebrica delle correnti
circolanti per istante in uno dei due fili di
ciascuna linea è nulla.
Se questi tre fili vengono collegati assieme in un
unico conduttore,
conduttore su di esso (neutro) non si ha
circolazione di corrente e può quindi essere
eliminato; E’
E così possibile trasportare la stessa
quantità di energia elettrica utilizzando tre fili al
posto di sei;
Infatti le linee di trasmissione a lunga distanza (elettrodotti
ad alta tensione fino a 380.000 Volt ) si compongono
sempre di solo tre conduttori, il conduttore di neutro
compare solo negli impianti di bassa tensione per gli utilizzi
civili.
i ili
Nelle
N
ll C
Cabine
bi di T
Trasformazione
f
i
MT/BT che
h
alimentano le utenze il Neutro oltre ad essere
distribuito viene collegato a terra, per limitare
eventuali correnti di guasto.
Cabine MT/BT in calcestruzzo e Cabine da
Palo
TENSIONE E FREQUENZA
Le tensioni ufficialmente usate
in Italia sono 230 V tra fase e neutro (detta
tensione di fase) e 400 V tra fase e fase
(detta tensione di linea o concatenata)
concatenata). Si
noti come il rapporto tra queste tensioni
sia di √3 .
„ La frequenza usata è pari a 50 Hz.
Hz
„
Ovviamente non in tutto il mondo abbiamo le
stesse tensioni di fase e la stessa frequenza
Impianti
p
Monofase
„
„
Nella maggior
gg p
parte delle abitazioni domestiche
arrivano solamente due conduttori: una fase ed
il neutro.
neutro La tensione fase-neutro
fase neutro è pari a circa
230 V, che è la nota tensione per usi domestici.
Di solito
lit infatti,
i f tti questo
t ti
tipo di utenza
t
è
prevalentemente destinata all'illuminazione e ad
altri utilizzi in cui una singola fase è sufficiente.
grosse macchine
Non si ha a che fare con g
rotanti come avviene nelle industrie e la potenza
installata è spesso modesta
modesta, limitata a pochi kW.
kW
Fornitura BT monofase
„
Le forniture agli utenti monofase sono distribuite
tra le tre fasi, dal Distributore (solitamente
ENEL) in modo da equilibrare statisticamente gli
assorbimenti e ottimizzare il trasporto. Le
correnti di ritorno dai neutri delle abitazioni si
p
mediamente in modo da fare
compensano
tendere a zero la corrente di neutro verso il
trasformatore presente in cabina.
Le forniture monofase vengono
generalmente concesse per
potenza impegnata fino a 6 kW
kW,
occasionalmente possono
raggiungere
i
i 10 kW ((a di
discrezione
i
del gestore); Al di sopra dei 10 kW
di potenza impegnata sono
concesse esclusivamente forniture
trifase.
Protezione degli impianti
Interruttore Automatico Magnetotermico
„
L interruttore magnetotermico,
L'interruttore
magnetotermico detto
anche interruttore automatico, è un dispositivo di
sicurezza in grado di interrompere il flusso
elettrico di energia in un circuito elettrico di
un impianto elettrico in caso di cortocircuito o in
parte Magnetica
g
caso di sovracorrente; La p
interrompe il circuito in caso di contatto diretto
tra fase e neutro, mentre la parte termica
interrompe il circuito in caso di superamento del
valore nominale di corrente prefissato
Esempi di interruttori Automatici
bipolari per impianti monofase
Come è fatto l’interruttore automatico
„
Interruttore magnetotermico
g
:
1 Leva di comando
2 Meccanismo di scatto
3C
Contatti
t tti di iinterruzione
t
i
4 Morsetti di collegamento
5 Lamina bimetallica (rilevamento
(
sovraccarichi)
6 Vite per la regolazione della
sensibilità
ibilità (i
(in ffabbrica)
bb i )
7 Solenoide (rilevamento
cortocircuiti))
8 Sistema di estinzione d'arco
Interruttore Differenziale (Salvavita)
„
„
L interruttore differenziale,
L'interruttore
differenziale comunemente
detto salvavita, è un dispositivo di sicurezza in
grado di interrompere il flusso elettrico di
energia in un circuito elettrico di un impianto
elettrico in caso di guasto verso terra
((dispersione
p
elettrica)) o folgorazione
g
fase-terra
fornendo dunque protezione anche verso
macroshock elettrico sia diretto che indiretto
sulle persone
Controlla costantemente la somma vettoriale
delle correnti di linea sia nel sistema monofase o
trifase; Finché la somma è pari a zero, permette
l’alimentazione elettrica delle utenze, la
interrompe rapidamente se la somma si discosta
da un valore prestabilito in funzione della
sensibilità del dispositivo (0,03 Amper per le
abitazioni)
Schema di p
principio
p del differenziale
In rosso è indicata una dispersione
Tipico interruttore Automatico
Magnetotermico Differenziale
„
„
„
„
La leva nera a sinistra
serve per ripristinare la
parte magnetotermica
La leva Celeste a destra
serve per ripristinare la
parte differenziale
Il pulsante bianco con la
T serve per effettuare la
prova di test almeno
mensilmente
In Italia, negli impianti
civili deve essere
civili,
installato sempre
almeno un interruttore
differenziale per far
f t a problemi
fronte
bl i di
dispersione elettrica e
quindi a rischi di
folgorazione.
Interruttore differenziale
Impianti elettrici negli edifici
Normativa di riferimento
DM 37/08
„ Legge
gg 186 del 01 Marzo 1968
„ D. Lgs. n. 81/08
„ Norme CEI
„ Norme CEI EN
„
Colore dei conduttori
Norma CEI 16-4 / EN 60446
„
„
La normativa CEI 16-4 / EN
60446 (Individuazione dei
conduttori
d tt i tramite
t
it colori
l i o codici
di i
numerici) stabilisce per i fili
elettrici degli impianti un preciso
codice colore, ecco una
disposizione dei colori di cavi
elettrici
l tt i i iin corrente
t alternata:
lt
t
Negli impianti monofase (220 V)
si usa per il neutro il colore blu
blu,
per la fase il marrone
(generalmente) o il nero e
giallo/verde per il filo di terra.
Impianto di Terra
„
„
La messa a terra consiste in una serie di
accorgimenti idonei ad assicurare alle masse
elettriche lo stesso potenziale della terra,
evitando che le stesse possano venire a trovarsi
in tensione. Infatti, i cavi in tensione assumono
un determinato potenziale rispetto al terreno,
che p
per g
gli impianti
p
delle abitazioni civili è di
230 V.
Impianto imposto dalla norma vigente (D
(D. Lgs
Lgs. n
n.
81/08, Decreto ministeriale n. 37 del 22 gennaio
2008 norma CEI 64-8/4)
2008,
64 8/4)
Impianto di terra e collegamenti
equipotenziali
„
„
„
„
„
Si possono creare situazioni di pericolo quando parti dell'impianto
elettrico che normalmente non sono in tensione, come le carcasse
deglielettrodomestici, a seguito di guasti o imprevisti acquisiscono una
differenza di potenziale rispetto al terreno.
La messa a terra mira a proteggere le persone dal La messa a terra mira
a proteggere le persone dalrischio di folgorazione. Consiste
essenzialmente di un sistema di conduttori (PE) collegati ad uno o più
dispersori inseriti nel terreno (ad es. picchetti metallici).
Lo scopo
p della messa a terra è q
quindi assicurare che le masse degli
g
elettrodomestici siano allo stesso potenziale del terreno.
La messa a terra, inoltre, facilita l’intervento automatico dell’interruttore
differenziale.
La messa a terra di protezione non interessa solo l’impianto elettrico, ma
tutti gli altri impianti e le parti metalliche dell’edificio
dell edificio, dalle tubazioni
tubazioni,
all’impianto idraulico, dalle travi all’impianto di riscaldamento e così via,
in modo che tutto lo stabile risulti messo in sicurezza
Comandi Elettrici
Interruttore
„ Dispositivo in grado di interrompere la continuità elettrica di un solo
conduttore ((interruttore monofase)) o di entrambi i conduttori
(interruttore bipolare).
Deviatore
„ Dispositivo in grado di “deviare” la corrente elettrica su due
conduttori diversi al fine di consentire l’accensione e lo spegnimento
da due punti diversi.
diversi
Invertitore
„ Dispositivo in grado di “deviare”
deviare e “invertire”
invertire la corrente elettrica su
due conduttori diversi al fine di consentire l’accensione e lo
spegnimento da tre o più punti diversi. E’ sempre necessario
impiegare due deviatori ed uno o più invertitori; i deviatori vanno
posti nel circuito in posizione definibile di “testa” mentre gli invertitori
vanno inseriti nel mezzo
mezzo.
Simboli elettrici
Esempio di impianto su abitazione
Prescrizioni
P
i i i sicurezza
i
ambienti
bi ti speciali
i li
Bagni
g
Zona 0
Corrisponde al volume interno alla vasca da bagno o al piatto doccia
doccia.
„ Zona 1
E’ il volume delimitato dalla superficie che si estende in verticale dalla
E
vasca da bagno o dal piatto doccia fino ad un piano orizzontale
situato a 2,25 m dal pavimento.
Se manca il piatto doccia manca pure la zona 0. In questo caso il solido
che delimita la zona 1 è un cilindro di 0,6 m di raggio con il centro
nel soffione della doccia che si sviluppa in verticale verso il basso
sotto il soffione.
Se il fondo della vasca o del piatto doccia si trova oltre 0,15 m al di
sopra del pavimento, l’altezza di 2,25 m è computata apartire da
questo fondo. In tal caso la zona 1 si estende ancheal di sotto della
vasca o del
d l piatto
i tt d
doccia.
i
„
Prescrizioni sicurezza ambienti speciali
Bagni
Zona 2
E’ il volume circostante alla zona 1 che si sviluppa in verticale,
parallelamente e ad una distanza in orizzontale verticale, dalla zona
1 di 0,6 m, fino ad un'altezza di 2,25 m dal piano del pavimento.
„ Zona 3
E’ il volume
l
d
delimitato
li it t d
dalla
ll superficie
fi i verticale
ti l che
h sii sviluppa
il
iin
orizzontale di fianco alla zona 2 per 2,4 m ed in verticale fino ad
un'altezza
un
altezza dal piano del pavimento di 2,25 m. La presenza di pareti
e ripari fissi permette in alcuni casi di ridurre i limiti indicati. Nei locali
bagno e doccia le condutture metalliche dell'acqua calda e fredda,
d l gas, d
del
deglili scarichi,
i hi d
deii caloriferi,
l if i ecc. d
devono essere collegate
ll
t a
terra.
„
Prescrizioni sicurezza ambienti speciali
Bagni
Zona 0
E’ vietata l'installazione di qualsiasi componente elettrico, anche se a
bassissima tensione di sicurezza.
„ Zone 1 e 2
Sono vietati i normali dispositivi di comando (interruttori, pulsanti, ecc,)
e prese a spina.
i
Son ammessi scaldacqua e vasche idromassaggi purché “stagni”
(grado di protezione IPX4 o superiore)
superiore).
Nella zona 2 sono ammesse alcune tipologie di prese a spina e
apparecchi
pp
illuminanti con idonei sistemi di p
protezione
„
Zona 3
Z
Sono ammessi i normali dispositivi di comando (interruttori, pulsanti,
ecc,), le usuali prese a spina e tutte le tipologie di apparecchi elettrici.
Il grado di protezione richiesto è IPX1 o superiore.