NORME GENERALI PER IL DISEGNO TECNICO
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LABORATORIO TECNOLOGICO Silvio Manello 1 INDICE MODULO N.1........................................................................................................................................... 5 NORME GENERALI PER IL DISEGNO TECNICO ......................................................................... 5 Unificazione ............................................................................................................................................ 5 Mezzi tecnici ........................................................................................................................................... 5 Tipi di scale ............................................................................................................................................. 6 Tipi di linee ............................................................................................................................................. 6 Scritturazioni ........................................................................................................................................... 7 Norme relative ai fogli ............................................................................................................................ 7 GLI IMPIANTI ELETTRICI E LE NORME ....................................................................................... 9 Impianti elettrici civili ............................................................................................................................ 9 Regole legislative .................................................................................................................................... 9 Regole normative .................................................................................................................................... 9 Organismi normativi ............................................................................................................................. 10 Comitati tecnici ................................................................................................................................. 11 Elenco dei comitati tecnici CEI ......................................................................................................... 11 MODULO N.2......................................................................................................................................... 14 SEGNI GRAFICI E CODICI LETTERALI ....................................................................................... 14 Proporzionamento dei segni grafici ...................................................................................................... 14 Rappresentazione grafica di alcune apparecchiature elettriche ed elettroniche secondo le norme CEI 15 Lettere di identificazione delle apparecchiature elettriche ................................................................... 27 IL DISEGNO ELETTRICO E I VARI TIPI DI SCHEMI ................................................................ 28 Il disegno elettrico ................................................................................................................................ 28 Tipi di schemi ....................................................................................................................................... 28 MODULO N.3......................................................................................................................................... 30 DEFINIZIONI PER IMPIANTI ELETTRICI E CIRCUITI ELETTRONICI ............................... 30 Definizioni generali che riguardano la documentazione tecnica e i materiali ...................................... 30 Definizione dei sistemi per la distribuzione dell’energia elettrica ........................................................ 33 Sistema TT ........................................................................................................................................ 34 Sistema TN ........................................................................................................................................ 34 Sistema IT ......................................................................................................................................... 35 I VARI TIPI DI IMPIANTI ELETTRICI ........................................................................................... 36 Progettazione impianti elettrici ............................................................................................................. 36 Distribuzione......................................................................................................................................... 36 Impianti elettrici: principali tipi di esecuzioni ...................................................................................... 37 Impianti elettrici: particolari tipi di realizzazioni ................................................................................. 39 Grado di protezione degli involucri IP.................................................................................................. 40 MODULO N.4......................................................................................................................................... 43 MATERIALE ELETTRICO ................................................................................................................ 43 Tipi di cavi e loro identificazione ......................................................................................................... 43 Identificazione dei conduttori ............................................................................................................ 43 I cavi .................................................................................................................................................. 43 Sigle di designazione dei cavi secondo la tabella CEI UNEL 35011 .................................................. 44 Sezione dei cavi e relative protezioni ................................................................................................ 45 Tubi protettivi ....................................................................................................................................... 46 Scatole o cassette di derivazione........................................................................................................... 49 Morsetti e morsettiere ........................................................................................................................... 51 Apparecchi di comando ........................................................................................................................ 51 Distribuzione dell’energia elettrica nelle utilizzazioni civili ed industriali .......................................... 51 Gruppo di misura ............................................................................................................................... 51 Gruppi di misura centralizzati ........................................................................................................... 52 2 Interruttori di manovra ...................................................................................................................... 52 Quadri o centralini ............................................................................................................................. 53 Condutture ......................................................................................................................................... 54 Apparecchi di comando ..................................................................................................................... 55 Prese a spina ...................................................................................................................................... 56 Interruttore ......................................................................................................................................... 57 Deviatore ........................................................................................................................................... 57 Invertitore .......................................................................................................................................... 58 Pulsante ............................................................................................................................................. 58 Prese di corrente ................................................................................................................................ 59 Apparecchi di segnalazione .................................................................................................................. 59 I trasformatori ....................................................................................................................................... 59 Apparecchi di protezione ...................................................................................................................... 59 Ubicazione delle apparecchiature ......................................................................................................... 60 Bagni e docce ........................................................................................................................................ 62 Cucina ................................................................................................................................................... 66 Box auto ................................................................................................................................................ 67 APPARECCHI UTILIZZATORI, CLASSIFICAZIONE .................................................................... 68 L’ELETTRICITÀ NELLA CASA ....................................................................................................... 69 L’illuminazione ................................................................................................................................. 69 Le lampade elettriche ........................................................................................................................ 69 Lampade................................................................................................................................................ 70 Generalità .......................................................................................................................................... 70 Lampade a incandescenza tradizionali .............................................................................................. 70 Lampade a incandescenza con alogeni .............................................................................................. 70 Lampade a scarica nei gas e nei vapori ............................................................................................. 71 Lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato........................................................................... 72 Il servizio elettrico ................................................................................................................................ 76 Il contratto di fornitura .......................................................................................................................... 76 Scelta della potenza impegnata ......................................................................................................... 76 Consigli per l’impiego sicuro dell’elettricità ..................................................................................... 76 L’elettricità nell’automazione degli impianti domestici.................................................................... 77 Il frigorifero ....................................................................................................................................... 77 La lavabiancheria .............................................................................................................................. 77 La lavastoviglie ................................................................................................................................. 78 Il congelatore ..................................................................................................................................... 78 Il ferro da stiro ................................................................................................................................... 78 Il televisore ........................................................................................................................................ 79 Il forno a microonde .......................................................................................................................... 79 Lo scaldaacqua elettrico .................................................................................................................... 79 Gli apparecchi di riscaldamento elettrico .......................................................................................... 80 Il condizionatore d’aria ..................................................................................................................... 81 MODULO N.5......................................................................................................................................... 82 L’ELETTRICITA’ E IL CORPO UMANO – LE SITUAZIONI DI PERICOLO .......................... 82 Effetti fisiologici della corrente: ........................................................................................................... 82 Effetti fisiologici................................................................................................................................ 82 Contatti diretti ....................................................................................................................................... 83 Protezione contro i contatti diretti ..................................................................................................... 83 Contatti indiretti .................................................................................................................................... 83 Protezione contro i contatti indiretti .................................................................................................. 83 GLI INTERRUTTORI DIFFERENZIALI ......................................................................................... 84 L’interruttore automatico differenziale ................................................................................................. 84 Parti costitutive dell’interruttore differenziale: ................................................................................. 84 Principio di funzionamento ............................................................................................................... 85 3 SITUAZIONI CHE POSSONO CREARE DANNO ALL’IMPIANTO ........................................... 85 Sovraccarichi ........................................................................................................................................ 85 I sovraccarichi dovuti a condizioni di funzionamento anormale .......................................................... 85 Corto Circuiti ........................................................................................................................................ 86 L’INTERRUTTORE AUTOMATICO MAGNETO-TERMICO ..................................................... 86 Protezione Magnetica ........................................................................................................................... 86 Protezione termica ................................................................................................................................ 86 L’IMPIANTO DI TERRA COME PROTEZIONE............................................................................ 87 Altre protezioni ..................................................................................................................................... 87 Elementi dell’impianto di terra ............................................................................................................. 88 Cenni sull’esecuzione dell’impianto di terra. ....................................................................................... 88 MODULO N.6......................................................................................................................................... 92 IMPIANTI A RELÈ ............................................................................................................................... 92 Relè ciclico ad impulsi o relè passo passo ............................................................................................ 92 Relè interruttore................................................................................................................................. 92 Relè interruttore graduale .................................................................................................................. 92 Relè deviatore .................................................................................................................................... 92 Relè commutatore.............................................................................................................................. 92 Relè commutatore per forfait ............................................................................................................ 93 Particolarità costruttive del relè ......................................................................................................... 93 Relè scale .............................................................................................................................................. 94 Relè luci scale tipo elettronico .......................................................................................................... 94 Relè crepuscolare .................................................................................................................................. 96 Relè a cartellini o luminoso .................................................................................................................. 97 MODULO N.7......................................................................................................................................... 98 TECNICHE PER CIRCUITI STAMPATI .......................................................................................... 98 Disegno del circuito stampato............................................................................................................... 98 Sbroglio del circuito stampato .............................................................................................................. 98 Sviluppo di un circuito stampato .......................................................................................................... 99 MODULO N.8....................................................................................................................................... 101 REGOLE DI ESECUZIONE PRATICA DEGLI IMPIANTI ......................................................... 101 Energia elettrica e sicurezza in casa.................................................................................................... 102 TESTER (O MULTIMETRO) ANALOGICO, TESTER (O MULTIMETRO) DIGITALE....... 106 VERIFICHE DA EFFETTUARSI IN LABORATORIO ................................................................. 108 LEGGI E DECRETI UTILI................................................................................................................ 109 Decreto Legge 22 gennaio 2008 n.37 ................................................................................................. 109 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................. 120 4 MODULO N.1 NORME GENERALI PER IL DISEGNO TECNICO Unificazione Il disegno tecnico ha lo scopo di rappresentare alcunché ponendo in evidenza, a seconda la necessità, le caratteristiche costruttive o funzionali o entrambe. Un disegno schematico può essere sufficiente per una prima comprensione di ciò che si vuole rappresentare e in esso, di solito segni convenzionali occupano il posto d’oggetti reali. Quanto sopra detto vale sia per il disegno meccanico sia per quello elettrico. Nel primo si può progettare per esempio un’officina, nel secondo una centrale elettrica o un impianto di distribuzione dell’energia elettrica e, sia nel primo sia nel secondo caso, segni convenzionali indicheranno macchinari e linee di trasmissione dell’energia. Del disegno tecnico fanno parte: il disegno meccanico, che rappresenta organi meccanici indicandone forme e dimensioni con il minor numero possibili di viste e di sezioni per poterli realizzare; il disegno elettrico, che rappresenta le apparecchiature elettriche mettendone in evidenza le caratteristiche fondamentali e le funzioni che esse esplicano nell’impianto elettrico, astraendo completamente dalla loro forma e dalle loro dimensioni. Pertanto esso si limita ad indicare le varie apparecchiature elettriche e come debbono essere collegate per realizzare un determinato impianto. Come nel progettare una macchina occorre prima il disegno d’insieme e quindi i disegni dei particolari, così nel progettare un impianto elettrico è indispensabile eseguire, prima di tutto, il disegno dello schema elettrico dell’impianto stesso. Il principio dei segni convenzionali è assolutamente indispensabile nel progetto di un impianto elettrico, perché in esso debbono essere messi ben in evidenza soltanto le funzionalità delle singole parti, che potranno essere realizzate poi con organi di forma diversa. Queste convenzioni debbono essere unificate almeno per l’intera nazione nella quale sono usate (la tendenza è quella di unificarle a livello mondiale). Nel campo del disegno meccanico, il lavoro di stabilire le convenzioni per la rappresentazione grafica delle varie macchine, dei vari organi meccanici e di unificarli è fatto, per l’Italia, dall’UNI (Unificazione nell’Industria) consociato a sua volta con enti internazionali (ISO organismo internazionale per l’unificazione e la normalizzazione). Nel campo, invece, del disegno d’impianti elettrici questo lavoro è fatto, sempre per l’Italia, dal CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano) che s’ispira alle norme internazionali emanate dall’IEC (International Electrotechnical Commission). La tendenza moderna è quella di unificare i vari simboli in modo che un disegno sia comprensibile in un territorio sempre più vasto. Inoltre l’UNI nel campo meccanico e l’UNEL (Unificazione Elettrotecnica Italiana, associata al CEI) nel campo elettrico hanno il compito dell'unificazione delle dimensioni e delle caratteristiche dei vari organi meccanici (UNI per esempio: chiodi, viti, profilati, saldature, ecc.) e delle varie apparecchiature elettriche (UNEL per esempio: motori elettrici trifasi, trasformatori, prese, spine, isolatori, cavi, conduttori, fusibili, piccoli interruttori automatici, condensatori di rifasamento ecc.). Tutto ciò ovviamente, allo scopo di garantire l’intercambiabilità delle parti e ridurre le scorte di magazzino. Mezzi tecnici Sia il disegno meccanico che quello di uno schema elettrico sono eseguiti di solito a matita ed eccezionalmente ad inchiostro di china, ora con il computer. Per eseguire un buon disegno meccanico o elettrico è bene munirsi dei seguenti attrezzi: un portamine per mine di media morbidezza, generalmente n°2 = 2B o n°2 e ½ = HB, per tracciare le linee grosse (come linee in vista degli oggetti da rappresentare, o le sbarre ad alta tensione di uno schema elettrico ecc.); un portamine per mine di media durezza, generalmente n°3 = F o n°3 e ½ = H, per tracciare le linee sottili (come assi di simmetria, linee di riferimento, circuiti ausiliari, ecc.); un compasso o cerchioligrafo di buona marca, con tutti i suoi accessori, che permetta di tracciare anche cerchi di piccolo diametro; una squadra a 45°, meglio se trasparente, in modo da permettere la visione anche del disegno sotto la squadra; una squadra a 60° anch’essa trasparente; una gomma da matita piccola, morbida, con punte smussate; un normografago da 4 mm per scrivere le relazioni in bella scrittura. Per quanto riguarda i tipi di carta da usare, i disegni a matita vanno eseguiti su carta avente una certa ruvidezza superficiale. Nell’ambito della scuola si può benissimo ricorrere alla carta quadrettata, con quadretti aventi lato da 4 o 5 mm, che facilita molto l’esecuzione dei disegni, specialmente degli schemi elettrici. 5 Tipi di scale In un disegno meccanico, quando un oggetto non può essere rappresentato in grandezza naturale (disegno al naturale), si ricorre alla rappresentazione in scala, che può essere: di riduzione, quando l’oggetto è di dimensioni notevoli, d’ingrandimento, quando è di dimensioni piccole. Nella rappresentazione in scala di un oggetto, esso non subisce alcuna variazione. Secondo le norme UNI 3967 la scala di un disegno può essere: al naturale 1:1 di riduzione 1:2; 1:5; 1:10; 1:20; 1:50; 1:100; 1:200; 1:500; ecc. d’ingrandimento 2:1; 5:1; 10:1; 20:1; 50:1. Nella rappresentazione di un oggetto, quando è possibile, è bene usare la rappresentazione al naturale per la facilità nell’esecuzione dei disegni e per il fatto che mette ben in evidenza le dimensioni reali del pezzo. Tipi di linee Mentre per quanto si riferisce al disegno meccanico le Norme UNI stabiliscono (Norme UNI 3968) i tipi e le grossezze delle linee da usare in un disegno, per quanto si riferisce al disegno elettrico le Norme CEI non danno tale precisazione, ma solo qualche suggerimento, riportate nella seguente tabella: Denominazione dei tipi di linea Continua grossa Continua fine Continua irregolare A tratti medi Mista fine (tratti lunghi e corti) Mista fine grossa (tratti lunghi e corti) Mista grossa (tratti lunghi e corti) Tipi di linee e loro proporzionamento Rappor Impieghi ti Tipi di linea Nel disegno Nel disegno raccom elettromeccanico elettrotecnico andati A Per la rappresentazione Per l’indicazione dei 1 di parti in vista, per la circuiti principali e di squadratura dei fogli. potenza. B Per l’indicazione dei Per l’indicazione delle circuiti ausiliari e di ¼ quote, tratteggi delle misura (con particolare sezioni. riferimento al circuiti voltmetrici). C Per indicare linee di ¼ --frattura. D Per indicare circuiti ed apparecchiature da Per indicare parti non aggiungersi in futuro e ½ in vista per indicare collegamenti meccanici tra le apparecchiature. E Per indicare le diverse Per indicare assi e ¼ posizioni degli organi piani di simmetria. di manovra. F Per indicare piani di 1-1/4-1 --sezione G 1 Per impieghi particolari. --- Le norme CEI inoltre, per gli schemi elettrici, nella Norma 3-32 a pag. 6 dicono: “per distinguere e mettere in evidenza certi circuiti si possono utilizzare diversi spessori per i segni dei conduttori, ed inoltre per mettere in evidenza altre particolarità si possono usare, per altri segni, linee più grosse di quelle usate per i conduttori.” 6 Pertanto nell’esecuzione del disegno di uno schema elettrico si possono suggerire, per ciò che riguarda l’uso dei vari tipi di linea, i seguenti criteri: La linea di tipo A può essere usata per la rappresentazione dei circuiti di potenza, dei contorni delle apparecchiature e degli strumenti del circuito. La linea di tipo B può essere usata per la rappresentazione dei circuiti ausiliari, degli schemi funzionali e dei circuiti di misura e per i contorni delle apparecchiature e degli strumenti presenti. La linea di tipo D può essere usata per indicare, negli schemi panoramici, le linee elettriche in progetto. La linea di tipo E può essere usata per indicare particolari associati fisicamente, meccanicamente o funzionalmente. Scritturazioni Ogni disegno, sia meccanico sia elettrico, è sempre accompagnato da scritturazioni che servono a chiarirlo e a completarlo. Le norme UNI hanno normalizzato l’altezza dei caratteri e delle cifre da usarsi per le varie scritturazioni. Queste altezze sono: 2,5 3,5 4 5 7 10 mm. In un disegno la chiarezza delle iscrizioni è di grandissima importanza, le varie scritturazioni possono essere, in pratica, eseguite sfruttando delle mascherine (i cosiddetti normografi). Norme relative ai fogli Per qualsiasi disegno tecnico, il formato del foglio da usarsi va scelto fra quelli fissati dalle norme UNI 936. Nella tabella seguente sono riportate le designazioni, le dimensioni unificate e gli impieghi dei fogli dei formati comuni finiti. Simbolo UNI A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 Dimensioni foglio rifilato a x b Impieghi [mm] 841 X 1189 594 X 841 Disegni complessivi o di particolari di grande formato 420 X 594 297 X 420 210 X 297 Formato della tabella UNI. Disegno di particolari. Formato di riviste tecniche, ecc. 148 X 210 Formato della tabella UNEL. Disegno di piccoli particolari. Formato di libri tecnici, quaderni ecc. 105 X 148 Formato per manuali tecnici. Tutti i formati dei fogli possono essere usati per determinati tipi di disegno in forma allungata, la quale si ottiene moltiplicando il lato a del foglio per n volte, si otterrà il lato c avente le dimensioni di seguito riportate: A0 A2 A4 N 2 4 6 2 4 6 2 4 6 Simbolo UNI A02 A04 A06 A22 A24 A26 A42 A44 A46 Dimensioni b x c [mm] 1189 x 1682 1189 x 3364 1189 x 5046 594 x 840 594 x 1680 594 x 2520 297 x 420 297 x 840 297 x 1260 7 Formula per ottenere le dimensioni dei formati allungati: il lato maggiore b rimane intatto; il lato minore viene allungato come segue: lato allungato c = lato minore a x n. 8 GLI IMPIANTI ELETTRICI E LE NORME Impianti elettrici civili Gli impianti elettrici civili raggruppano tutti quegli impianti realizzati in ambienti adibiti ad uso abitazione e similari, cioè gli edifici civili, termine con il quale si definiscono tutti quei luoghi (case d’abitazione di tipo privato o di comunità uffici pubblici e privati, luoghi ricreativi e di ritrovo, ospedali) nei quali le persone trascorrono parte del loro tempo. Le installazioni elettriche, in quei luoghi, svolgono la funzione di assicurare illuminazione artificiale e l’alimentazione agli utilizzatori, che possono essere fissi (elettrodomestici di grossa potenza), mobili (elettrodomestici di piccola potenza) o portatili (attrezzi di lavoro elettrici vedi pag.72), nonché alimentare circuiti di segnalazione e macchinari elettrici di calcolo e di lavoro in genere. Gli impianti elettrici industriali riguardano prevalentemente l’alimentazione e gli equipaggiamenti elettrici delle macchine che operano in questi ambienti e l’illuminazione dei locali adibiti a quest’uso. Gli impianti industriali, come del resto quelli civili, non sono stati risparmiati, in questi ultimi anni, da modifiche e, principalmente, da chiarimenti sostanziali per ciò che riguarda la rappresentazione grafica di apparecchiature e parti delle stesse. Tutti gli impianti per assicurare un’adeguata protezione a persone e beni, devono attenersi a disposizioni ben precise, definite, nel caso in esame, come regole per gli impianti elettrici a bassa tensione: si suddividono in regole legislative e regole normative. Regole legislative D.P.R. del 27/04/55 n. 547 – Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro. Esso costituisce un punto di riferimento per il progettista elettrico, che ha il dovere di conoscere e applicare le Norme riguardanti gli impianti, le macchine e le apparecchiature elettriche contenute nel D.P.R. Esso si suddivide in 12 titoli riguardanti i vari aspetti della «prevenzione infortuni sul lavoro». Il titolo che maggiormente interessa l’installatore elettrico e il Titolo VII – Impianti, macchine ed apparecchi elettrici. Legge 01/03/1968 n.186 Art. 1: Tutti i materiali, le apparecchiature, i macchinari, le installazioni e gli impianti elettrici ed elettronici devono essere realizzati a «regola d’arte». Art. 2: I materiali, le apparecchiature, i macchinari, le installazioni e gli impianti elettrici ed elettronici realizzati secondo le norme CEI si considerano costruiti a «regola d’arte». Il secondo articolo non esclude il fatto che chiunque possa realizzare impianti elettrici a «regola d’arte», anche senza seguire le norme CEI, però viene affermato che un modo certo e sicuro per la realizzazione degli impianti e delle apparecchiature elettriche a «regola d’arte» è quello di farlo seguendo le norme CEI. Risulta pertanto molto importante per l’allievo saper interpretare e applicare correttamente i suggerimenti contenuti nelle norme CEI ogni qualvolta debba progettare o risolvere un determinato problema nel campo degli impianti elettrici. Legge 05/03/90 n. 46 – Norme per la sicurezza degli impianti. Sostituita dal D.L. del 22/01/2008 n. 37. Esso ha segnato un passo importante nel campo degli impianti tecnologici, in quanto ha definito quali sono i soggetti abilitati all’installazione degli impianti e i requisiti tecnico-professionali che devono possedere. Inoltre ha imposto l’obbligo a fornire la dichiarazione di conformità alla regola dell’arte in merito ai lavori effettuati. D.L. 19/09/94 n. 626 – Norme per il miglioramento della sicurezza e salute sul lavoro. Esso riguarda le misure di prevenzione per la salute e per la sicurezza dei lavoratori in tutti i settori pubblici e privati di attività; è stato modificato con il DL 242 e ha integrato e in parte sostituito il D.P.R. 547/55. D.L. 19/03/96 n. 242, aggiornamento al DL 626. D.L. 09/04/2008 n. 81 sostituisce e aggiorna il DL 626 ( in vigore dal 15/05/2008). Regole normative Le regole normative sono prescrizioni che contengono gli elementi di concezione e di progettazione degli impianti. Inizialmente le norme avevano un ambito di applicazione solamente nazionale, ma dall’ultimo dopoguerra in poi l’incremento degli scambi internazionale ha reso necessaria un’armonizzazione tra le nazioni. Attualmente le norme vengono elaborate da Comitati Nazionali, riuniti in associazioni nazionali che collaborano tra loro a livello europeo e internazionale. 9 Organismi normativi Gli organismi normativi possono essere presenti a livello mondiale, europee o nazionale. IEC (International Electrotechnical Commission) emette norme internazionali CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique) Emette norme europee Organismi nazionali di CEI normalizzazione (Comitato Elettrotecnico Italiano) Emette norme nazionali IEC A livello mondiale opera la IEC che è l’organismo responsabile della normalizzazione nel settore elettrotecnico ed elettronico. La commissione è stata fondata nel 1906 e, attualmente, è composta da 42 Comitati Nazionali; la sua sfera di influenza copre circa l’80% della popolazione mondiale. Il suo compito principale è quello di produrre e aggiornare un insieme di norme, da trasferire a livello nazionale, che contengono le specifiche tecniche e le modalità di prova dei prodotti. Le pubblicazione dell’IEC facilitano la libera circolazione e commercializzazione dei prodotti di qualità, favorendo l’economia mondiale. CENELEC A livello europeo opera il CENELEC che è l’organismo, con sede a Bruxelles, cui è attribuito il compito di elaborare un unico elenco di norme nel settore elettrico ed elettronico per il Mercato Unico Europeo ai fini della libera circolazione dei prodotti, nel rispetto della sicurezza delle persone, dei beni e dell’ambiente. Esso opera anche su incarico della Commissione CEE ed è costituito dai comitati nazionali di Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Inghilterra, Irlanda, Islanda, Italia, Lussemburgo, Norvegia, Olanda Portogallo, Spagna, Svezia, Svizzera. Sono inoltre affiliati i Comitati Elettrotecnici di Cecoslovacchia, Polonia, Romania, Ungheria, Turchia. La principale area di lavoro del CENELEC riguarda i prodotti compresi della “Direttiva di Bassa Tensione” e cioè tutti i prodotti per uso domestico e industriale con tensione compresa tra i 50 volt e i 1000 volt in corrente alternata, e tra i 75 volt e i 1500 volt in corrente continua. CEI Nel nostro paese l’organismo che si occupa della normativa e dell’unificazione in campo elettrotecnico ed elettronico è il CEI. Fondato nel 1909 e legalmente riconosciuto nel 1967, svolge la funzione di definire i requisiti dei materiali, delle macchine, delle apparecchiature e degli impianti e di stabilire i criteri mediante i quali tali requisiti devono essere controllati. I compiti statutari del CEI possono essere riassunti dalle seguenti azioni: compilare norme tecniche per l’accettazione e il collaudo di materiali, strumenti, apparecchi, macchine e accessori per uso elettrico, nonché per l’esecuzione, il collaudo e la protezione degli impianti elettrici; provvedere all’unificazione nel campo dell’elettrotecnica; autorizzare l’applicazione di contrassegni e rilasciare certificati di conformità per i prodotti che rispondano a tali prescrizioni, al fine di garantire l’origine, la natura e la qualità; collaborare con Enti nazionali e internazionali affini; curare la simbologia e la nomenclatura nel campo elettrotecnico; curare i rapporti culturali di scambio; organizzare incontri, riunioni, convegni, sia in campo nazionale che internazionale; promuovere studi, pubblicazioni, discussioni, esperienze, ricerche e iniziative di carattere tecnico-scientifico che rientrino nel proprio campo d’attività. Il riconoscimento legale del CEI come persona giuridica è stato sancito dal DPR n. 822 del 11/07/67; inoltre la Legge 186 del 1/3/68 stabilisce che i materiali, le apparecchiature, gli impianti elettrici ed elettronici devono essere costruiti a regola d’arte , considerando tali quelli realizzati secondo le norme CEI. Inoltre il CEI, con il Decreto Ministeriale (DM) del 15/12/1978 è stato designato Organismo normativo italiano, avente l’incarico di partecipare ai lavori comunitari per elaborare norme tecniche normalizzate. 10 Comitati tecnici Il CEI è suddiviso in vari Comitati tecnici (CT) ciascuno dei quali segue una specifica categoria di prodotti; nei Comitati Tecnici sono rappresentati tutti gli Enti e le organizzazioni interessate (costruttori, ministeri, laboratori di prova, installatori, consumatori, ecc.). Fondamentale, per esempio, risulta la norma CEI 64-8, nella sua III edizione, che contiene le necessarie definizioni in materia elettrica e le prescrizioni di progetto, di montaggio e di verifica riguardanti gli impianti utilizzatori con tensione nominale non superiore a 1000 volt in corrente alternata e a 1500 volt in corrente continua. N.B. come si legge la sigla CEI 64-8: CEI = Comitato Elettrotecnico Italiano 64 = il Comitato Tecnico (CT) che ha scritto la norma 8 = il numero specifico che contraddistingue la norma scritta. Elenco dei comitati tecnici CEI APPLICAZIONE DELLE NORME E TESTI DI CARATTERE GENERALE CT 0 TERMINOLOGIA, GRANDEZZE E UNITÀ CT 1/25 MACCHINE ROTANTI CT 2 DOCUMENTAZIONE E SEGNI GRAFICI CT 3 MOTORI PRIMI IDRAULICI CT 4 TURBINE A VAPORE CT 5 MATERIALI CONDUTTORI CT 7 TENSIONI, CORRENTI E FREQUENZE NORMALI-COORDINAMENTI DEGLI CT 8/28 ISOLAMENTI TRAZIONE CT 9 OLI CT 10 IMPIANTI ELETTRICI AD ALTA TENSIONE E DI DISTRIBUZIONE PUBBLICA CT 11 DI BASSA TENSIONE RADIOCOMUNICAZIONI CT 12 APPARECCHIATURE PER LA MISURA DELL'ENERGIA ELETTRICA E PER IL CT 13 CONTROLLO DEL CARICO TRASFORMATORI CT 14 CT 15/98 MATERIALI ISOLANTI/SISTEMI DI ISOLAMENTO CONTRASSEGNI DEI TERMINALI E ALTRE IDENTIFICAZIONI CT 16 GROSSA APPARECCHIATURA CT 17 IMPIANTI ELETTRICI DI NAVI ED UNITÀ FISSE/MOBILI FUORI COSTA CT 18 (OFFSHORE) CAVI PER ENERGIA CT 20 CT 21/35 ACCUMULATORI E PILE ELETTRONICA DI POTENZA CT 22 APPARECCHIATURA A BASSA TENSIONE CT 23 MACCHINE ED APPARECCHIATURE PER SALDATURA ELETTRICA CT 26 ELETTROTERMIA CT 27 CT 29/87 ELETTROACUSTICA/ULTRASUONI MATERIALI ANTIDEFLAGRANTI CT 31 FUSIBILI CT 32 CONDENSATORI CT 33 LAMPADE E RELATIVE APPARECCHIATURE CT 34 ISOLATORI CT 36 SCARICATORI CT 37 TRASFORMATORI DI MISURA CT 38 CONDENSATORI E RESISTORI PER APPARECCHIATURE ELETTRONICHE CT 40 Vedi 94 CT 41 TECNICA DELLE PROVE AD ALTA TENSIONE CT 42 11 CT 44 CT 45 CT 46 CT 47 CT 48 CT 50 CT 52/91 CT 55 CT 56 CT 57 CT 59/61 CT 60 CT 61 CT 62 CT 64 CT 65 CT 66 CT 69 CT 70 CT 72 CT 74 CT 75 CT 76 CT 77 CT 79 CT 80 CT 81 CT 82 CT 83 CT 84 CT 85 CT 86 CT 87 CT 88 CT 89 CT 92 CT 94 CT 95 CT 96 CT 100 CT 101 CT 102/103 CT 103 CT 107 EQUIPAGGIAMENTO ELETTRICO DELLE MACCHINE INDUSTRIALI STRUMENTAZIONE NUCLEARE DEL REATTORE E SUO AMBITO CAVI SIMMETRICI E COASSIALI, CORDONI, FILI, GUIDE D'ONDA, CONNETTORI PER RADIOFREQUENZA DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORE E MICROCIRCUITI INTEGRATI COMPONENTI ELETTROMECCANICI PER APPARECCHIATURE ELETTRONICHE PROVE CLIMATICHE E MECCANICHE CIRCUITI STAMPATI /TECNICHE DI MONTAGGIO SUPERFICIALE CONDUTTORI PER AVVOLGIMENTI FIDATEZZA TELECOMUNICAZIONI ASSOCIATE AI SISTEMI ELETTRICI DI POTENZA APPARECCHI UTILIZZATORI ELETTRICI PER USO DOMESTICO E SIMILARE Vedi 100 Vedi 59/61 APPARECCHIATURE ELETTRICHE PER USO MEDICO IMPIANTI ELETTRICI UTILIZZATORI DI B.T. (FINO A 1000V IN C.A. E A 1500V IN C.C.) CONTROLLO E MISURA NEI PROCESSI INDUSTRIALI SICUREZZA DEGLI STRUMENTI DI MISURA, CONTROLLO E DA LABORATORIO MACCHINE ELETTRICHE DEI VEICOLI STRADALI ELETTRICI INVOLUCRI DI PROTEZIONE Vedi 59/61 MACCHINE D'UFFICIO E PER L'ELABORAZIONE DEI DATI CLASSIFICAZIONE DELLE CONDIZIONI AMBIENTALI APPARECCHIATURE LASER Vedi 210 SISTEMI DI RILEVAZIONE E SEGNALAZIONE PER INCENDIO, INTRUSIONE, FURTO, SABOTAGGIO ED AGGRESSIONE STRUMENTI DI NAVIGAZIONE PROTEZIONE CONTRO I FULMINI SISTEMI DI CONVERSIONE FOTOVOLTAICA DELL'ENERGIA SOLARE INTERCONNESSIONE DEGLI APPARATI PER LE TECNICHE INFORMATICHE Vedi 100 STRUMENTI DI MISURA DELLE GRANDEZZE ELETTROMAGNETICHE FIBRE OTTICHE Vedi 29/87 SISTEMI DI GENERAZIONE A TURBINA EOLICA PROVE RELATIVE AI RISCHI DA FUOCO SICUREZZA DI APPARECCHI ELETTRONICI AUDIO, VIDEO E SIMILARI RELÈ ELETTRICI A TUTTO O NIENTE RELÈ DI MISURA E DISPOSITIVI DI PROTEZIONE TRASFORMATORI DI SICUREZZA ED ISOLAMENTO SISTEMI E APPARATI AUDIO-VIDEO E MULTIMEDIALI ELETTROSTATICA RADIOCOMUNICAZIONI Vedi 303 Vedi 59/61 12 CT 110 CT 111 CT 114 CT 116 CT 210 CT 211 CT 214 CT 216 CT 301 CT 303 CT 345 Vedi 210 Vedi 211 Vedi 214 Vedi 216 COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA ESPOSIZIONE UMANA AI CAMPI ELETTROMAGNETICI SISTEMI E TECNOLOGIE ELETTROTECNICHE, ELETTRONICHE E TELEMATICHE PER LA GESTIONE ED IL CONTROLLO DEL TRAFFICO E DEI TRASPORTI STRADALI RIVELATORI DI GAS AZIONAMENTI ELETTRICI RETI ED APPARATI PER SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI STRUMENTAZIONE DI RADIOPROTEZIONE Norme di prodotto Per assicurare l’incolumità di persone e cose, e per garantire il buon funzionamento degli impianti, risulta indispensabile l’impiego di apparecchi rispondenti a ulteriori e ben precise norme (norme di prodotto) che ne definiscano i criteri costruttivi (dimensioni, prestazioni elettriche e meccaniche) e le modalità di installazione. Particolare rilevanza nell’ambito industriale ricopre la norma CEI 44-5 che deriva da norme internazionali (IEC) e dalla direttiva CEE 89/32 meglio conosciuta come “direttiva macchine”, che riguarda gli equipaggiamenti delle macchine operatrici. In campo nazionale gli enti autorizzati al rilascio di attestati di conformità sono l’Istituto del Marchio di Qualità (IMQ), il Centro elettrotecnico Sperimentale italiano (CESI) e l’Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris (IENGF). L’IMQ, in particolare, accerta la conformità alle norme dei prodotti elettrotecnici e degli apparecchi a gas e ne attesta la rispondenza autorizzando l’applicazione di un apposito marchio. La concessione del marchio si articola in tre fasi: 1. qualificazione del costruttore, che deve dimostrare di possedere adeguati mezzi di controllo, personale e attrezzature in grado di garantire la costanza della sua produzione; 2. approvazione del singolo modello di apparecchio o di componente, attraverso l’esecuzione da parte dell’IMQ delle prove previste dalle norme; 3. controllo permanente dell’uso del marchio. Ne consegue pertanto che tutti i componenti elettrici utilizzati devono essere preferibilmente muniti di marchio IMQ o altro marchio di conformità alle norme di uno dei paesi della Comunità Economica Europea. Nella Figura seguente sono riportati i modelli dei marchi di conformità alle norme, nei paesi della Comunità Economica Europea. 13 MODULO N.2 SEGNI GRAFICI E CODICI LETTERALI Il CT 3 (Comitato tecnico) del CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano) oltre alla pubblicazione dei numerosi fascicoli sui segni grafici, ha prodotto dei fascicoli che costituiscono una guida essenziale per la preparazione di schemi elettrici, la scelta di segni grafici da utilizzare sulle apparecchiature e la preparazione di schemi circuitali (CEI 3-32, 3-33). Nella rappresentazione degli impianti elettrici assumono importanza rilevante i segni grafici che indicano specifiche apparecchiature, parti di apparecchiature o completano il significato di apparecchiature apparentemente simili, ma con funzioni diverse; di questo si occupa ancora il CEI nelle pubblicazioni del Comitato Tecnico 3. Nella tabella della pagina seguente, viene riportato l’elenco dei fascicoli delle norme CEI relativi alle convenzioni sui segni grafici. Proporzionamento dei segni grafici Anche se il disegno di uno schema di impianti elettrici viene eseguito mediante l’uso dei segni grafici convenzionali (uniti da linee che ne rappresentano i collegamenti), esso non è facile da eseguire poiché, una buona rappresentazione richiede una certa estetica, che si raggiunge prima di tutto, con un coordinato proporzionamento dei segni grafici da usarsi per la rappresentazione delle diverse apparecchiature. Il criterio fondamentale da seguire nel proporzionamento dei vari segni grafici è che in uno stesso disegno essi devono avere una grandezza che sia legata a quella degli organi cui si riferiscono, spetta quindi molto al senso estetico e di misura del disegnatore dare un adeguato proporzionamento a tutti i segni grafici da utilizzare. contrassegno delle norme 3-5 3-6 3-7 Anno di pubblicazione 1968 1955 1962 3-8 1962 3-9*sost.parz. dalla norma 330 3-13 3-14 1962 3-15 3-16 1985 1985 3-17 3-18 1985 1985 3-19 1985 3-20 1985 3-21 1985 3-22 3-23 1985 1985 3-24 3-25 3-26 3-27 1985 1985 1985 1985 1978 1985 Argomento delle norme Segni grafici per trazione elettrica ferroviaria, tranviaria, e filoviaria Schemi per impianti di energia Segni grafici per i piani schematici di posa dei cavi per telecomunicazione, ecc. Segni grafici per i piani schematici degli impianti di segnalamento e sicurezza di ferrovie e tranvie Segni grafici per impianti idroelettrici, termoelettrici, nucleotermoelettrici Segni grafici per impianti elettrici a bordo di navi Segni grafici per schemi. Pt. 2: elementi dei segni grafici: segni grafici distintivi e segni grafici di uso generale Segni grafici per schemi. Pt. 3: conduttori e dispositivi di connessione Segni grafici per schemi. Pt. 4: componenti passivi Segni grafici per schemi. Pt. 5: semiconduttori e tubi elettronici Segni grafici per schemi. Pt. 6: produzione, trasformazione e conservazione dell’energia elettrica Segni grafici per schemi. Pt. 7: apparecchiature e dispositivi di comando e protezione Segni grafici per schemi. Pt. 8: strumenti di misura, lampade e dispositivi di segnalazione Segni grafici per schemi. Pt. 9: telecomunicazioni. Commutazione e apparecchiature periferiche Segni grafici per schemi. Pt. 10: telecomunicazioni. Trasmissione Segni grafici per schemi. Pt. 11: schemi e piani d’installazione architettonici e topografici Segni grafici per schemi. Pt. 13: elementi analogici Segni grafici per schemi. Pt. 1: generalità Segni grafici per schemi. Pt. 12: elementi logici binari Segni grafici da utilizzare sulle apparecchiature N° del fascicolo 233 89 174 175 179 468 697 698 699 700 701 702 703 704 705 731 706 833 756 730 14 3-28 3-30 3-31 3-32 3-33 3-34 1985 1985 In prep. 1988 1988 1988 Segni grafici d’informazione. Principi generali per l’elaborazione Segni grafici per impianti termoelettrici e nucleotermo-elettrici Segni grafici per impianti idroelettrici Raccomandazioni generali per la preparazione degli schemi elettrici Raccomandazioni per la preparazione degli schemi elettrici circuitali Codice di identificazione dei materiali da utilizzare nella tecnologia elettrica 725 732 1128 1129 1095 Rappresentazione grafica di alcune apparecchiature elettriche ed elettroniche secondo le norme CEI Ogni segno grafico è stato proporzionato prendendo come base la distanza d fra due conduttori. Quando si voglia mettere in evidenza la diversa tensione o corrente dei circuiti di uno stesso schema i criteri da seguire possono essere i seguenti: nei circuiti di potenza, il tratto (o la linea), può essere tanto più grosso quanto maggiore è la tensione di esercizio o la corrente; nei circuiti di misura, i circuiti di corrente si possono disegnare con un tratto di spessore la metà di quello usato per i circuiti di potenza, mentre i circuiti di tensione si possono disegnare con un tratto di spessore pari ad ¼ di quello usato per i circuiti di corrente; nei circuiti ausiliari si può usare un tratto di spessore pari alla metà di quello usato per i circuiti di misura della corrente. 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Lettere di identificazione delle apparecchiature elettriche Per identificare le varie apparecchiature (e materiali) che vengono utilizzate per la stesura di uno schema di un circuito elettrico o elettronico, si utilizzano delle sigle standardizzate secondo le raccomandazioni delle norme IEC 750 (riprese nella norma CEI 3/34). A B C D E F G H K L M N P Q R S T U V W X Y Z LETTERE DI IDENTIFICAZIONE DELLE APPECCHIATURE ELETTRICHE ASSEMBLAGGI E SOTTOASSEMBLAGGI: amplificatori a componenti discreti, amplificatori magnetici, laser, telai, cassetti, piastre a circuito stampato, assiemi di più componenti. TRASDUTTORI DA UNA GRANDEZZA NON ELETTRICA AD UNA GRANDEZZA ELETTRICA E VICEVERSA: termoelementi, termistori, cellule fotoelettriche e termoconduttive, fotoelementi, fotodiodi, convertachimetriche, generatoli di Hall, microfoni, testine di lettura, altoparlanti, auricolari. CONDENSATORI. SISTEMI BINARI: equipaggiamenti binari e digitali di comando e regolazione, temporizzatori, regolatori digitali, elementi bistabili e monostabili, registratori, contatori di impulsi, memorie magnetiche, calcolatori. MATERIALI DIVERSI (apparecchiature elettriche non elencate in altre lettere): illuminazione, riscaldamento, ventilazione, filtri per polvere, per fumi. DISPOSITIVI DI PROTEZIONE: fusibili, relè di protezione, di misura, di controllo, scaricatori. GENERATORI (dispositivi di alimentazione) dinamo, alternatori, accumulatori, carica batterie, convertitori, raddrizzatori, stabilizzatori di tensione. DISPOSITIVI DI SEGNALAZIONE: lampade di segnalazione, diodi luminosi, indicatori a cartellino e digitali, suonerie, sirene, segnali acustici e luminosi in genere. REL E CONTATTORI: relè di comando, ausiliari, a tempo, reed, contattori di potenza, telesalvamotori. INDUTTANZE: reattanze e bobine di spianamento. MOTORI. SISTEMI ANALOGICI: apparecchiature analogiche per la tecnica dei comandi e della regolazione, regolatori e calcolatori analogici, circuiti integrati con funzioni analogiche, regolazione elettronica ed elettromeccanica, amplificatori operazionali. STRUMENTI DI MISURA, DISPOSITIVI DI PROVA: strumenti ad indice o lamelle, contatori, indicatori digitali, orologi programmatori, unità video, simulatori, oscillatori, registratori, apparecchi di prova e controllo. APPARECCHI PER CIRCUITI DI POTENZA: interruttori, sezionatori, avviatori, invertitori. RESISTENZE: resistenze regolabili, di precisione, di protezione, di avviamento, di frenatura di shunt. APPARECCHI PER CIRCUITI DI COMANDO: selettori, commutatori, combinatori, finecorsa, pulsanti, tastiere, commutatori di misura, sensori di livello e di pressione. TRASFORMATORI: trasformatori di potenza, di comando ausiliari, di misura, di isolamento. MODULATORI, CONVERTITORI: discriminatori, convertitori di frequenza, codificatori convertitori, traslatori telegrafici. TUBI ELETTRONICI, SEMICONDUTTORI: tubi elettronici, tubi a scarica a gas, diodi, transistori, tristori. MATERIALE DI TRASMISSIONE, GUIDE D’ONDA, ANTENNE: conduttori, cavi, sbarre guide d’onda, accoppiatori direzionali in guida d’onda, antenne paraboliche. TERMINALI, PRESE, SPINE: prese e spine di connessione e misura, jack, piastre con terminali, strisce a saldare, raccordi, capicorda, connettori. APPARECCHI MECCANICI AZIONATI ELETTRICAMENTE: valvole, freni, frizioni. TRASFORMATORI ADATTATORI DI IMPEDENZA, EQUALIZZATORI, LIMITATORI DI BANDA: equilibratori di cavi, compressori espansori di segnale, filtri a cristalli. 27 IL DISEGNO ELETTRICO E I VARI TIPI DI SCHEMI Il disegno elettrico Con il disegno elettrico o gli schemi elettrici si tende a rappresentare i componenti di un circuito elettrico con dei segni grafici convenzionali, senza tenere conto della forma, delle dimensioni geometriche, dei particolari costruttivi o della posizione effettivamente occupata. Si tiene soltanto conto della funzione elettrica che i suddetti componenti sono chiamati a svolgere nel complesso del circuito. I conduttori metallici che collegano elettricamente tra di loro, macchine, strumenti e apparecchiature si rappresentano con delle linee. Un insieme di linee e di segni grafici opportunamente disposti, costituisce la rappresentazione grafica di un impianto elettrico. I segni grafici che rappresentano un impianto elettrico debbono essere sempre proporzionati in base al formato del foglio nel quale vengono tracciati e agli organi da essi rappresentati (ad esempio non si deve rappresentare una lampada con un cerchio più grande di quello che rappresenta un motore). Tipi di schemi A seconda degli scopi cui sono destinati, gli schemi elettrici possono essere eseguiti in svariati modi, in relazione a che cosa si vuole mettere in evidenza. Basandosi su questo concetto le Norme CEI hanno suddiviso i vari schemi in 4 grandi classificazioni e precisamente: 1. classificazione in base all’estensione della rappresentazione; 2. classificazione in base alla completezza di rappresentazione delle parti costituenti l’impianto; 3. classificazione in base alla rappresentazione dei conduttori; 4. classificazione in base al modo di rappresentazione. Ognuna di queste 4 grandi classificazioni si suddivide poi in varie sotto categorie e sono queste quelle che le Norme CEI hanno dettagliatamente definito nel fascicolo n. 89 del novembre 1955 norme 3-6. Prima classificazione in base all’estensione della rappresentazione. Schema panoramico: serve a rappresentare il complesso degli impianti e delle reti sia di trasporto sia di distribuzione. Schema d’assieme: serve a rappresentare i circuiti elettrici di un intero impianto in schema multifilare o unifilare. Schema parziale: serve a rappresentare solo una determinata parte di un impianto, omettendo tutte le parti che non interessano. Seconda classificazione in base alla completezza di rappresentazione delle parti costituenti l’impianto. Schema completo: serve a rappresentare tutti gli elementi, disegnati fino all’ultimo dettaglio. Schema semplificato: serve a rappresentare un circuito nel quale si omette una parte degli elementi ritenuti non essenziali allo scopo per cui lo schema viene tracciato. Schema di principio: serve a rappresentare nel modo più semplice il funzionamento di un determinato circuito, tale schema è da ritenersi fondamentale perché, per un determinato circuito, è sempre lo stesso. Terza classificazione in base alla rappresentazione dei conduttori. Schema multifilare: è caratterizzato dal fatto che ciascun conduttore di un sistema a due o più fili è indicato con una linea, questo tipo di schema è quella più abitualmente usato nell’industria. Schema unifilare: è caratterizzato dal fatto che tutti i conduttori di un sistema a due o più fili sono indicati con un’unica linea. Quarta classificazione in base al modo di rappresentazione. Schema ordinario: è molto simile allo schema di principio. Schema di montaggio: viene eseguito in scala, sulla pianta del locale nel quale verrà in seguito realizzato l’impianto elettrico, per cui esso mostrerà le connessioni tra i diversi elementi di un’apparecchiatura o di un impianto, rispettando le loro posizioni reciproche, mettendo in particolare rilievo i terminali e le morsettiere ed indicando la distribuzione ed il tipo dei conduttori. Tale schema (come quello di principio) è da ritenersi fondamentale poiché in generale rimane sempre lo stesso anche se cambia l’ambiente nel quale l’impianto deve essere realizzato. Schema topografico: assomiglia allo schema di montaggio, in esso i vari elementi di un impianto vengono rappresentati rispettando la loro posizione reciproca. Schema funzionale: è basato sulla rappresentazione successiva, per quanto possibile, dei circuiti nell’ordine nel quale intervengono nella sequenza normale delle manovre; per raggiungere tale scopo le macchine e gli apparecchi vengono scissi nei loro elementi costitutivi, cioè per esempio i vari contatti appartenenti ad uno stesso organo (per esempio i contatti di un relè) vengono disposti là dove interessa rendere chiara la formazione di un circuito elettrico. Questo tipo di schema permette, perciò, la visione dettagliata, completa e progressiva della formazione dei vari circuiti elementari di un circuito comunque complesso, si può pertanto affermare che esso presenta i seguenti vantaggi: semplificazione dello schema, infatti esso si sviluppa in 2 o più linee orizzontali e più linee verticali; assenza o quasi di incroci di linee, infatti ogni circuito è interamente sviluppato in una sola linea verticale; facilità di controllo e ricerca guasti. 28 Le norme principali che regolano l’esecuzione degli schemi funzionali sono le seguenti: 1. le linee orizzontali in alto e in basso rappresentano le alimentazioni ai vari circuiti, nello schema devono comparire tante linee quanti sono i conduttori dei sistemi di alimentazione; 2. le linee verticali rappresentano ciascuna un circuito completo nel quale sono indicati tutti gli apparecchi (contatti, pulsanti, bobine, lampade, ecc.) che fanno parte del circuito. In questo modo ogni apparecchio risulta scomposto nelle sue varie parti le quali compaiono singolarmente nel posto in cui devono essere presenti, secondo la loro funzione, con assoluta indipendenza dalla posizione reciproca entro l’apparecchio stesso e nell’impianto in cui fanno parte; 3. il segno grafico dei contatti e la lettera o il numero di identificazione ne precisano la natura (per esempio: pulsante, contatto di un relè, aperto, chiuso, istantaneo, ritardato, ecc.); 4. gli organi di uno stesso apparecchio hanno la stessa sigla e cambiano contemporaneamente la loro posizione, salvo quelli per i quali è precisato il ritardo di apertura o di chiusura; 5. la rappresentazione successiva dei circuiti (cioè le varie linee verticali) deve essere fatta, per quanto possibile seguendo la successione logica e temporale dell’ordine delle manovre; 6. l’indicazione della posizione dei vari organi, deve essere fatta nelle condizioni di assenza di tensione di alimentazione (interruttori aperti), salvo eccezioni che però devono essere chiarite con apposite norme; 7. lo schema funzionale generalmente non comprende né i circuiti di misura né quelli di potenza. Quando si parla di schema funzionale completo o parziale di un certo impianto, si deve intendere uno schema in cui figurino in forma funzionale i circuiti di comando ed in forma ordinaria quelli di potenza. Ovviamente ogni schema di un impianto elettrico può rientrare in una o più delle categorie sopra elencate, cioè per esempio potremo avere uno schema parziale unifilare o multifilare o un schema semplificato multifilare ecc. Di tutti quanti i tipi di schemi sopra considerati, i più ricorrenti sono: gli schemi unifilari e multifilari; gli schemi di principio e di montaggio; gli schemi funzionali. 29 MODULO N.3 DEFINIZIONI PER IMPIANTI ELETTRICI E CIRCUITI ELETTRONICI Definizioni generali che riguardano la documentazione tecnica e i materiali Apparecchiatura: insieme di componenti, inseriti in un circuito elettrico per realizzare una o più funzioni, come: manovra, sezionamento, interruzione, protezione, ecc. (CEI 64-8-27.4). Componente: parte costitutiva dell’equipaggiamento elettrico utilizzata per la produzione, la trasformazione, la trasmissione, la distribuzione dell’energia elettrica (CEI 3-34). Complesso: costituito da un certo numero di elementi assiemati per assolvere una precisa funzione; per esempio: generatore elettrico, quadro di manovra (CEI 3-34). Apparecchio utilizzatore: unità fisica allacciata ad un impianto utilizzatore e destinata a trasformare l’energia elettrica assorbita in altre forme di energia; può essere: fisso, mobile, trasportabile, portatile (CEI 64-8/27.2/ 27.5, 6, 7)[vedi pagina 72]. Impianto elettrico: insieme di componenti elettrici, anche a tensioni nominali diverse, destinato a un determinato scopo (CEI 64-8/21.1). Layout: disegno riguardante l’ubicazione dei componenti e le loro interconnessioni. Sistemi di distribuzione della corrente alternata: hanno caratteristiche specifiche agli effetti della protezione contro i contatti indiretti, a partire dall’avvolgimento secondario del trasformatore della cabina di alimentazione fino agli apparecchi utilizzatori; si tratta di (CEI 64-8/312): - sistemi TT; - sistemi TN; - sistemi IT. Massa: elemento metallico appartenente all’impianto elettrico e che può essere toccato oppure andare in tensione in caso di cedimento o guasto dell’isolamento principale (CEI 64-8/23). Grado di protezione: riguarda gli involucri delle apparecchiature, per la protezione delle persone contro l’avvicinamento o il contatto diretto con parti in tensione, oltre che la protezione contro la penetrazione di polvere ed acqua (vedi pag.41). Attuatore: parte di un sistema di azionamento di un apparecchio di comando o manovra (maniglia, leva Pulsante, ecc., CEI 17-12). Avviatore motore: insieme di dispositivi di manovra, con relative protezioni per sovraccarichi, atto ad avviare ed arrestare un motore (CEI 17-7). Contattore: dispositivo meccanico di manovra capace di eseguire un numero elevato di operazioni, avente una sola posizione di riposo, ad azionamento elettromagnetico (CEI 17-3). Elemento di contatto di apertura: è un contatto che nella condizione di riposo è aperto, sigla: NO. Elemento di contatto di chiusura: è un contatto che nella condizione di riposo è chiuso, sigla: NC. Elemento di contatto di commutazione: è la combinazione di un contatto chiuso e di uno aperto, sigla: CO. Fusibile miniatura: è un fusibile impiegato per la protezione di apparecchiature elettroniche o di apparecchiature elettriche di piccola potenza. Ogni cartuccia riporta una sigla che indica, oltre alla corrente e alla tensione nominale, il tempo di fusione, che può essere: - ultrarapido (sigla: FF); - rapido (sigla: F); - semiritardato (sigla: M) - ritardato (sigla: T); - super ritardato (sigla: TT); e il potere d’interruzione che può essere : - elevato (sigla: H); - basso (sigla: L). Per esempio, un fusibile miniatura avente la sigla: F2H250V Avrà le seguenti caratteristiche: F = fusibile rapido, 2 = da 2 ampere, H = ad elevato potere di interruzione, 250V = per una tensione di 250 volt. 30 Interruttore: apparecchio meccanico di manovra a carico, in grado di inserire o interrompere la corrente di un circuito, sia in condizioni normali che in sovraccarico, caratterizzato da due posizioni fisse, una normalmente aperto e una normalmente chiuso (CEI 17-11). Morsetto: parte conduttrice di un dispositivo, previsto per la connessione elettr. ai circuiti esterni. Pulsante: ausiliario di comando che con la pressione manuale cambia di posizione ai suoi contatti, con movimento di ritorno a molla, caratterizzato da una sola posizione fissa. Relè: apparecchio di comando, che cambia la posizione dei contatti, nei circuiti ausiliari, quando si verificano determinate condizioni che modificano lo stato della sua alimentazione. Selettore: ausiliario di comando, munito di attuatore a leva, azionata con uno spostamento angolare (rotazione) con due o più posizioni. Sezionatore: apparecchio meccanico di manovra a vuoto che, per ragioni di sicurezza, assicura il mantenimento della posizione di aperto con una adeguata distanza fra i contatti fissi e mobili. Sigle dei contatti: - NO = contatto normalmente aperto; - NC = contatto normalmente chiuso; - CO = contatto di scambio; - D = contatto ritardato; - DE = contatto ritardato all’eccitazione; - DD = contatto ritardato alla diseccitazione. Tipi di indicatori luminosi: - NE = lampade al neon; - IN = lampade ad incandescenza; - LED = diodo elettroluminescente. Codice dei colori dei dispositivi di comando (per es.pulsanti) (Norma CEI 16-6): - RD = colore rosso; - YE = colore giallo; - GN = colore verde; - BU = colore blu; - WH = colore bianco; - GY = grigio; - BK = colore nero. Utilizzazione dei colori dispositivi di comando (per es.pulsanti): 31 Codice dei colori nei dispositivi indicatori di un processo (per es. gli indicatori luminosi): - RD = colore rosso; - YE = colore giallo; - GN = colore verde; - BU = colore blu; - WH = colore bianco; - GY = grigio; - BK = colore nero. Utilizzazione dei colori nei dispositivi indicatori di un processo (per es. gli indicatori luminosi): 32 Definizione dei sistemi per la distribuzione dell’energia elettrica Quando si parla genericamente di impianto è bene ricordare che esso è definibile come un insieme di apparecchiature collegate tra loro mediante conduttori elettrici, deputato a svolgere una o più funzioni. L'impianto utilizzatore, specificamente, inizia dal punto di consegna dell'energia elettrica ed è composto da tutti gli apparecchi non alimentati mediante prese a spina e da quelli fissi collegati con prese a spina, se queste ultime servono solamente alla loro alimentazione. Strettamente collegata al concetto di impianto, si trova poi la definizione di sistema elettrico. Un sistema elettrico è un impianto, o una parte di impianto elettrico, funzionante ad una particolare tensione nominale. Considerando che un impianto elettrico svolge almeno una delle funzioni di produzione, di distribuzione, di trasformazione, di utilizzazione ecc. dell'energia elettrica, ne consegue che un impianto può comprendere più sistemi a tensione diversa o che un sistema ad una sola tensione può comprendere più impianti. Tensione nominale, di conseguenza, viene definita quella tensione, che può oscillare all'interno di definiti limiti di tolleranza, per la quale un impianto o una parte di impianto è stato progettato. Facendo riferimento alla tensione nominale, le norme CEI 64-8/2 dividono i sistemi elettrici nelle sotto elencate categorie: Sistemi di categoria 0 (zero). Caratterizzati da una tensione nominale minore o uguale a 50 V, se in corrente alternata, o a 120 V, se in corrente continua non ondulata. Rientrano in questa categoria gli impianti ausiliari, di segnalazione, i SELV (Bassissima Tensione di Sicurezza, Safety Extra Low Voltage; precedentemente chiamati BTS), i PELV (Bassissima Tensione di Protezione, Protection Extra Low Voltage) e i FELV (Bassissima Tensione Funzionale, Functional Extra Low Voltage; precedentemente chiamati BTF). Sistemi di I categoria. Caratterizzati da una tensione nominale maggiore di 50 Volt e minore o uguale a 1000 Volt, se in corrente alternata, o maggiore a 120 Volt e minore o uguale a 1500 Volt, se in corrente continua. Sono i sistemi della categoria più affollata in quanto essa raggruppa la quasi totalità degli impianti utilizzatori civili e industriali. Sistemi di II categoria. Caratterizzati da una tensione nominale maggiore di 1000 Volt, se in corrente alternata, e di 1500 V, se in corrente continua, e minore o uguale a 30.000 Volt. Questa categoria rappresenta la media tensione e raggruppa le linee di distribuzione e di interconnessione dell'ente distributore. Sistemi di III categoria. Caratterizzati da una tensione nominale maggiore di 30.000 Volt. Rientrano fra questi sistemi le lunghe linee di partenza dalle centrali di produzione e le dorsali della rete di distribuzione (linee di alta tensione). Tabella riassuntiva SISTEMA Categoria 0 (zero) Categoria I Categoria II (media tensione) Categoria III (alta tensione) CORRENTE ALTERNATA (C.A.) Tensione V ≤ 50 volt Tensione V = 50 volt 1.000 volt Tensione V = 1.000 volt 30.000 volt Tensione V ≥ 30.000 volt CORRENTE CONTINUA (C.C.) Tensione V ≤ 120 volt Tensione V = 120 volt 1.500 volt Tensione V = 1.500 volt 30.000 volt Tensione V ≥ 30.000 volt Inoltre è possibile rappresentare i sistemi elettrici di distribuzione anche in funzione del numero dei conduttori, della natura della corrente e della loro modalità di collegamento a terra. Facendo riferimento ai conduttori attivi, si possono individuare in corrente alternata sistemi: monofase a due conduttori: L - N; monofase a tre conduttori: L - N - PE; trifase a tre conduttori: L1 - L2 - L3; trifase a quattro conduttori: L1 - L2 - L3 - N; trifase a cinque conduttori: L1 - L2 - L3 - N - PE. In corrente continua sistemi: a due conduttori: L+ - L-; a tre conduttori: L+ - L- - M. Facendo riferimento invece al fatto che i conduttori attivi (fasi e neutro) e le masse abbiano o non abbiano un collegamento a terra, i sistemi elettrici vengono differenziati in strutture più specifiche; le norme adottano l'unione di due lettere maiuscole dove la prima rappresenta il rapporto che il sistema ha col collegamento con il terreno e può essere I (isolato) oppure T (a terra), la seconda rappresenta invece il rapporto che le masse hanno col collegamento con il terreno e può essere T (a terra) oppure N (al neutro). Dalla combinazione delle varie lettere derivano tre tipici e distinti sistemi, definiti TT, TN e IT. 33 Sistema TT avvolgimento secondario avvolgimento primario La sigla TT rappresenta un sistema elettrico con due terre distinte: una SISTEMA DI DISTRIBUZIONE TT in cabina e l'altra presso l'utente. Il conduttore neutro della linea, nella Cabina ente erogatore cabina di trasformazione, viene Trasformatore collegato ad un impianto di terra; le masse metalliche delle L1 apparecchiature dell'utente sono L2 collegate invece ad un impianto di L3 terra locale e separato da quello della N linea. Il sistema TT rappresenta la situazione della totalità degli impianti domestici e similari, di buona parte di quelli del terziario, dell'artigianato e del commercio e di impianti industriali alimentati direttamente in bassa tensione mediante una linea pubblica (normalmente per potenze masse degli utilizzatori impegnate non superiori a 40-50 kW). Risultano esclusi in definitiva gli impianti industriali con cabina propria. In questo tipo di sistema, in caso di guasto a massa, il terreno è in conduzione solo eccezionalmente e per breve tempo. Ma quando succede si crea una corrente di richiusura (corrente di guasto) che, attraverso il terreno, può dar luogo a pericolose tensioni di passo e di contatto. Per la protezione delle persone contro i contatti indiretti, l'impianto di terra dell'utente deve essere coordinato con le altre protezioni esistenti (per esempio interruttori differenziali) e, quando previsto, esso deve convogliare a terra anche le sovratensioni di origine esterna (fulmini) e interna all'impianto. Sistema TN avvolgimento secondario avvolgimento primario Il sistema TN fornisce un primo esempio di sistema elettrico con un'unica terra: sia il conduttore neutro della linea, nella cabina di trasformazione, che le masse locali sono collegati tramite un conduttore metallico al medesimo impianto di terra. La situazione classica nella quale trova SISTEMA DI DISTRIBUZIONE TN-C impiego un tale sistema è quella di un impianto industriale di rilevanti dimensioni, Cabina ente erogatore alimentato da una cabina di trasformazione Trasformatore a media tensione di proprietà dell'utente. L1 Altri impieghi si riscontrano negli ospedali, L2 banche e centri di servizi. Il sistema però si L3 suddivide in due sottosistemi in base alla N=PE funzione assegnata al conduttore neutro. Il primo sottosistema prende la sigla TN-C e il conduttore di neutro viene definito PEN (dalla combinazione dei simboli PE, conduttore di protezione, e N, conduttore di neutro) perché svolge anche la funzione di protezione delle masse contro i contatti indiretti (come il normale conduttore giallo/verde). È un sistema a quattro fili. masse degli utilizzatori 34 Il secondo sottosistema prende la sigla TNS e il conduttore di neutro vincola a terra il sistema. Il conduttore di protezione (PE) destinato alle masse ha origine anch'esso dal centro stella ma rimane separato dal neutro. È un sistema a cinque fili. Nel sistema TN, in caso di guasto a massa, si verifica una forte corrente di guasto poiché essa transita in un circuito completamente metallico (di rame). Il terreno non è in conduzione, ma rimane come riferimento di potenziale. Sistema IT Il secondo esempio di sistema elettrico con un'unica terra, quella delle masse, viene identificato dalla sigla IT. Infatti sia il conduttore neutro della linea che con gli altri conduttori di fase è isolato nella cabina di trasformazione - sia le masse locali sono collegati tramite un conduttore metallico al medesimo impianto di terra locale. Questo sistema è poco utilizzato nel nostro Paese e trova qualche limitata applicazione nelle sale operatorie e in altri impianti localizzati. In caso di guasto a massa, la corrente di guasto ha un valore molto limitato e non si ha nessuna tensione pericolosa di contatto. Questo perché il circuito rimane aperto, mancando la messa a terra del neutro. Il terreno, con questo tipo di sistema di distribuzione, non è mai in conduzione. La norma 64-8 prescrive i modi di protezione dei cavi in tensione, compreso il neutro, a seconda della situazione di isolamento verso terra. La tabella che segue riporta le combinazioni di protezione a seconda dei sistemi e del numero di fasi, considerando i legami sulle sezioni tra fasi e neutro previsti e della possibile dinamica in caso di guasto; in essa P rappresenta la necessità della protezione sul cavo PEN, indica che la protezione non è né richiesta né vietata, X avverte che la protezione è vietata sul cavo PEN, SN e SF indicano rispettivamente la sezione del conduttore di neutro e del conduttore di fase. Circuiti 3F+N 3F F+N 2F SNSF SNSF Sistemi FFFN FFFN FFF FN FF TN-C TN-S TT IT PPPPPPPPPPPPP PPPX PPPP PPPP PPPP PPP PPP PPP PPP PPPPN PP PP PP PP 35 I VARI TIPI DI IMPIANTI ELETTRICI Progettazione impianti elettrici Si precisa che, l'impianto elettrico di un appartamento do superficie superiore a 400 m2 o che comprende un locale adibito ad uso medico, deve essere progettato da un professionista iscritto all'albo. Lo stesso dicasi per l'impianto elettrico dei servizi condominiali: - con potenza impegnata maggiore di 6 kW, oppure - con centrale termica a gas con potenzialità superiore a 35 kW o con compartimento antincendio di classe uguale o superiore a 30, oppure - con autorimessa con più di nove autoveicoli, oppure - con più mdi nove box che non si affacciano su spazio a cielo aperto libero, oppure - se l'edificio ha un'altezza di gronda superiore a 24 m. Il progetto di un professionista iscritto all'albo, che conosca bene le norme CEI e la tecnica impiantistica, è ovviamente auspicabile in ogni caso. Distribuzione Dal punto di vista della progettazione, quando sono noti il sistema elettrico, la tensione, la frequenza di rete, il numero e la collocazione dei carichi, è possibile scegliere lo specifico tipo di distribuzione. La scelta può essere operata fra due possibili soluzioni: Esempio di distribuzione radiale la radiale la dorsale. La distribuzione radiale consiste nell'alimentare ogni singola utenza con una specifica linea dedicata, avente la propria interruzione. Risulta ideale per utilizzatori di grande potenza e con funzionamento continuo (forni elettrici, compressori, ascensori, presse di notevole potenza) perché in tali situazioni il sistema sfrutta completamente il materiale impiegato (in particolare il rame dei conduttori esattamente dimensionati sul carico) e presenta un ottimo livello di affidabilità e selettività della linea (sezionamento, riparazioni, misure). La distribuzione radiale quindi si prefigura come linea diretta al carico e in quanto tale presenta caratteristiche anche di facile progettazione e di individuazione immediata del guasto; per contro essa presenta lo svantaggio del costo: tanti interruttori quante sono le linee e conduttori di rame di elevata sezione. Id Id Id La distribuzione dorsale al contrario prevede un'unica linea, con un unico interruttore, sulla quale vengono convogliate tutte le correnti dei carichi presenti. Essa trova applicazione in utenze con ridotti contenuti di potenza, dove i carichi funzionano in modo saltuario o discontinuo (lampade, prese, elettrodomestici). In contrapposizione alla mancanza di selettività, al difficile controllo delle singole linee e al non facile calcolo delle correnti di impiego, la distribuzione dorsale presenta il vantaggio dell'economicità, dovuta al limitato impiego di interruttori e alle sezioni ridotte dei conduttori. In tutte le situazioni dove due tipologie si contrappongono con marcata evidenza, la soluzione ultima dei progettisti è un impianto misto nel quale si intrecciano tutti e due i tipi di distribuzione. 36 Negli impianti d’illuminazione le norme CEI prescrivono: 1. Tensione d’alimentazione 220 Volt (impianti d’illuminazione ed elettrodomestici), ottenuta tra fase e neutro (alimentazione trifase 380/220 volt), cioè: 2. 3. 4. 5. La tendenza attuale dell’ente erogatore dell’energia elettrica, è quella di fornire una tensione di 220 volt tra una fase e il neutro, alimentando l’utenza diffusa (in bassa tensione B.T.) con una linea trifase con neutro avente tensione concatenata V=380 volt e tensione stellata (o di fase) V=220 volt. Gli impianti che prenderemo in considerazione sono solo quelli che hanno una tensione V=220 volt tra fase-neutro. Un morsetto del portalampada (o dell’elettrodomestico) deve essere collegato direttamente al conduttore neutro. L’altro morsetto andrà collegato agli organi di comando. Le norme CEI vietano di inserire interruttori (o fusibili) sul neutro, come riportato nel punto 2.; il neutro può essere interrotto solo se contemporaneamente è interrotto anche il conduttore di fase (come avviene, per esempio con l’interruttore automatico o con l’interruttore differenziale). Tutti gli schemi elettrici devono essere disegnati con gli organi di comando a riposo. I conduttori appartenenti a due circuiti a tensione d’alimentazione diverse, non devono essere posti negli stessi tubi protettivi se hanno un grado d’isolamento diverso. Viceversa, se detti conduttori, pur appartenendo a circuiti diversi, con tensioni diverse, hanno lo stesso grado d’isolamento, possono essere posti nello stesso tubo protettivo, ma contraddistinti con guaine di colore diverso. Impianti elettrici: principali tipi di esecuzioni Le modalità di esecuzione di un impianto elettrico variano in relazione all'ambiente a cui è destinato l'impianto stesso. A seconda che l'ambiente sia un edificio adibito ad abitazione civile o industriale i cavi e le apparecchiature vengono installati in modi completamente diversi, avvantaggiando nel primo caso l'estetica, rendendo prioritarie la funzionalità, la rapidità di riparazione, di modifica ecc. nel secondo caso. Tra queste soluzioni estreme si inseriscono altre versioni o le stesse si diversificano anche sensibilmente, caratterizzate e condizionate dal livello dell'impianto richiesto, dalle dimensioni dell'edificio e dalla finitura dei locali interessati. Se per esempio l'ambiente ha una finitura civile, il tipo di distribuzione dell'impianto installato deve essere in armonia con l'estetica del luogo. Se invece l'ambiente ha una finitura definita rustica, le esigenze estetiche e di design sono meno importanti mentre assumono maggior rilevanza caratteristiche di installazione rapida e funzionale. Infine se l'ambiente è di tipo industriale, per la gran quantità di conduttori e cavi presenti, l'esigenza fondamentale sarà quella di poter connettere, riparare o modificare l'impianto con una certa rapidità e affidabilità. Secondo la normativa vigente il complesso di conduttori, elementi di sostegno, di connessione ecc. che costituiscono una conduttura può configurarsi in una distribuzione: in vista, in tubo a vista o incassato, in canale o passerella, in condotto. 37 La distribuzione in vista è caratterizzata da conduttori o cavi aggraffati alle pareti e/o al soffitto. Nello specifico, questa distribuzione può essere realizzata con cavo fissato alla parete, oppure con cavo sospeso a una fune d'acciaio. Gli ambienti dove trova applicazione una distribuzione di questo genere sono per esempio magazzini, seminterrati, cantine. Un più recente sistema di distribuzione di impianti in vista utilizza delle canalette in PVC autoestinguente, le quali consentono di associare una adeguata protezione dell'impianto ad una perfetta armonizzazione con l'estetica degli ambienti interessati. Questa soluzione viene adottata con frequenza in vecchi edifici ristrutturati. La distribuzione in tubo a vista o incassato comprende invece un certo quantitativo di cavi, normalmente unipolari, infilati all'interno di tubi di protezione. Anche in questa soluzione si possono diversificare distribuzioni con il tubo fissato alla parete, incassato sotto l'intonaco oppure annegato nel calcestruzzo. Tale soluzione viene principalmente adottata per locali di ritrovo, uffici, abitazioni, scuole, negozi, edifici prefabbricati. La distribuzione in canale o in passerella prevede che i conduttori vengano appoggiati all'interno di un sistema continuo e passante di contenitori che a loro volta possono essere in esecuzione sospesa, sotto pavimento oppure a parete. Esempi di tali distribuzioni si possono riscontrare in capannoni industriali, uffici, vecchi edifici ristrutturati ecc. La distribuzione del tipo a condotto, viene prevista in cavità ricavate direttamente sul muro delle pareti o nel pavimento, all'interno delle quali si fissano o si posano i conduttori. Questa soluzione è adottata per distribuzioni in cunicoli, in tubi interrati oppure in cavedi. Tale soluzione viene frequentemente adottata nelle officine meccaniche. 38 Impianti elettrici: particolari tipi di realizzazioni Impianto di illuminazione pubblica: questi tipi di impianti si realizzano per illuminare le strade urbane ed extraurbane, particolarmente in prossimità di incroci. Gli impianti di pubblica illuminazione si compongono di un quadro di comando in esecuzione stagna il quale contiene: un interruttore automatico, un programmatore che da la possibilità di dividere il periodo di funzionamento in illuminazione totale e parziale. L’impianto si compone anche della linea di alimentazione dei lumi, realizzata in canalizzazione interrata e dei lumi posti su pali in ferro zincato di tipo opportuno. Impianti elettrici in esecuzione protetta: questi impianti si realizzano in tubi o in canalina chiusa in modo che le condizioni ambientali non influiscano sulla buona conservazione delle linee e delle apparecchiature elettriche. Vale a dire che i cavi e le apparecchiature non possono venire a contatto con persone o cose esterne. Impianti elettrici in esecuzione stagna: un impianto s’intende in esecuzione stagna quando ogni suo componente è stato costruito per essere impiegato per tale impianto. Questi tipi di impianti si realizzano in tubi zincati e filettati, in tubi di resina filettabili o in guaine opportunamente raccordate. I vari tipi di impianti stagni si differenziano a secondo del grado di protezione per cui sono state costruite le loro parti. 39 Grado di protezione degli involucri IP Il grado di protezione degli involucri delle apparecchiature elettriche si indica con la sigla IP seguita da due o tre cifre: la prima cifra indica il grado di protezione contro la penetrazione di corpi solidi o i contatti accidentali; la seconda cifra indica il grado di protezione contro la penetrazione di acqua; la terza cifra indica il grado di protezione meccanica. La tabella seguente riporta i vari gradi di protezione stabiliti dalle norme C.E.I. e dalle norme I.E.C.. 40 Presenza di solidi Infiltrazioni d’acqua INFLUENZE ESTERNE PIU’ RICORRENTI Condizioni ambientali Esempi d’ambiente Trascurabile Abitazioni, uffici, scuole, officine meccaniche Stillicidio da condensa Cantine, porticati, cucine Pioggia e spruzzi Getti d’acqua Immersione Di ordinarie dimensioni Di piccole dimensioni (fino a 2,5 mm) Di piccolissime dimensioni (da 2,5 a 1 mm) Polvere Pericolo d’incendio o d’esplosione Competenza delle persone Pericoli d’urto Sostanze corrosive Trascurabili Presenti accidentalmente Presenti permanentemente Lievi (fino a 0,2 joule) Medi (fino a 2 joule) Forti (fino a 6 joule) Fortissimi Specializzati Edotti del pericolo Bambini Trascurabile Presenza rilevante di sostanze combustibili (classe 3) Presenza rilevante di polveri infiammabili (classe 3) Sostanze che sviluppano gas e vapori infiammabili (classe 1) Materie esplosive Luoghi esposti alle intemperie, lavanderie Locali di lavaggio, cantieri edili Cunicoli sotto il piano di campagna, locali soggetti ad immersioni occasionali Abitazioni, uffici, scuole Industrie in genere, lavorazioni meccaniche Fabbriche e magazzini di materiali filiformi, lavorazioni con asportazione di truciolo Cementifici, falegnamerie, cantieri edili Abitazioni, uffici, scuole, officine meccaniche Vicinanza di depositi, atmosfere saline Industrie chimiche, depositi di sostanze corrosive Abitazioni, uffici, scuole Industrie, magazzini in genere Lavorazioni e trasporto di oggetti ingombranti Lavorazioni e trasporto di oggetti pesanti Officine elettriche, interno di quadri, locali tecnici chiusi Abitazioni, uffici, alberghi Asili, scuole elementari, camere dei bambini Abitazioni, uffici, scuole officine meccaniche Lavorazioni o deposito di legna, cartone, lubrificanti ecc. Provvedimenti Custodie ed involucri protetti contro la caduta delle gocce (IP X1, IP X2) Custodie ed involucri protetti contro le proiezioni d’acqua (IP X3, IP X4) Custodie ed involucri protetti contro i getti d’acqua (IP X5) Custodie ed involucri protetti contro l’immersione (IP X7) Custodie ed involucri ordinari (IP 2X) Custodie ed involucri di tipo chiuso (IP 3X) Custodie ed involucri accuratamente chiusi (IP 4X) Custodie ed involucri protette dalla polvere (IP 5X) Trattamenti di superficie e materiali resistenti alla corrosione Materiali ed apparecchi in esecuzione speciale secondo i casi Involucri o custodie in materiale antiurto – parti fragili protette da costole e da gabbie Custodie rinforzate, cavi protetti da tubi Custodie di tipo corazzato, condutture protette da tubi di acciaio Ripari grossolani dal contatto con le mani (IP 00, IP 1X) Involucri e custodie che impediscano il contatto con le dita (IP 2X, IP 3X) Involucri e custodie che impediscano il contatto con oggetti filiformi (IP 4X) Involucri e custodie di tipo chiuso o stagno secondo i casi (IP 40, IP 44) Lavorazione con formazione di polvere di magnesio, zolfo, naftalina, legno, ecc. Fabbriche e depositi di alcool, benzina, gas, ecc. Involucri e custodie stagni o antideflagranti secondo i casi (IP 55) Tutti gli ambienti di lavorazione o deposito delle materie considerate esplosive dalle vigenti leggi Involucri e custodie protettivi antideflagranti Involucri e custodie protettivi antideflagranti 41 Impianti elettrici in esecuzione antideflagrante: in alcuni ambienti è necessaria l’installazione di un impianto che sia completamente separato dall’esterno, in modo che se avvenisse un guasto qualsiasi provocando dei corto circuiti o scintillii, questi restino isolati dentro le condotte. In più questi impianti devono essere realizzati con cavi antifiamma e raccordati in modo che un ipotetico incendio, nelle linee o nelle apparecchiature, non abbia assoluta possibilità di propagarsi. Inoltre nei tipi di impianti antideflagranti (AD) s’installano apparecchiature costruite con lo stesso criterio enunciato prima. Un’apparecchiatura costruita in esecuzione antideflagrante (AD) si riconosce dal modo come è stata rinforzata e resa perfettamente stagna. Questo tipo di impianto trova impiego in tutti quei luoghi dove avvengono lavorazioni o depositi di materiali infiammabili o esplosivi. Si raccomanda di osservare scrupolosamente le norme C.E.I. relative a impianti antideflagranti (AD) e tutte le norme di sicurezza prescritte dalle autorità competenti (Vigili del Fuoco – Ministero della protezione civile – Ministero degli interni). 42 MODULO N.4 MATERIALE ELETTRICO Tipi di cavi e loro identificazione Identificazione dei conduttori L’identificazione dei conduttori si deve effettuare secondo le prescrizioni contenute nelle tabelle C.E.I. ed U.N.E.L. ed in particolare nella norma C.E.I. 64-8. Il bicolore giallo-verde è riservato ai conduttori di terra e ai conduttori di protezione e d’equipotenzialità. Il colore blu chiaro è destinato di norma al neutro. Per i conduttori unipolari in genere sono ammessi seguenti 10 monocolori: per il filo di fase i colori marrone, nero, grigio, arancione, rosa, rosso, turchese, violetto e bianco, il colore blu chiaro per il filo di neutro (norme C.E.I. 64-8 e tabella U.N.E.L. 00722-87). I cavi I cavi elettrici per il trasporto dell’energia possono essere classificati in vari modi a seconda: del materiale conduttore (rame o alluminio); della formazione del conduttore (conduttore a filo unico, corda rigida, corda flessibile); del materiale isolante impiegato (polivinicloruro, gomma sintetica, elastomero, reticolato speciale); della presenza o meno della guaina; del materiale isolante impiegato per la guaina (PVC, policloroplene, termoplastica speciale). 43 Il tipo di cavo può essere individuato mediante una sigla (sigle di designazione dei cavi) secondo CENELEC o sigle armonizzate costituite da una serie di lettere e numeri il cui significato è riportato nelle tabelle seguenti. Sigle di designazione dei cavi secondo la norma CEI 20-27 Riferimento alle norme H A N 03 05 07 1 Tensione nominale V R G9 Materiale isolante C A7 C7 C4 Z2 Z3 Z4 Z5 Schermatura e armatura N V Guaina - Forma del conduttore U R K F Armonizzato Autorizzato Nazionale Tensione nominale U0/U 300/300 V Tensione nominale U0/U 300/500 V Tensione nominale U0/U 450/750 V Tensione nominale U0/U 0.6/1 kV Polivinilcloruro – PVC Gomma sintetica Elastomero reticolato speciale Conduttore concentrico di rame Schermo elettrostatico di alluminio Schermatura a fili o nastri di rame Schermatura a treccia di fili di rame Armatura a fili Armatura a piattine Armatura a nastri Treccia di fili di acciaio Policloroprene Polivinilcloruro – PVC Filo unico Corda rigida Corda flessibile per posa fissa Corda flessibile per servizio mobile Sigle di designazione dei cavi secondo la tabella CEI UNEL 35011 A Natura e forma del conduttore Materiale isolante Forma dei cavi Schermatura e armatura Guaina U R F S G1 G5 G7 G9 G10 R R2 E4 O D C H H1 H2 F Z N A R K M1 M2 Alluminio (per il rame nessuna sigla) Filo unico Corda rigida Corda flessibile Conduttore settorale Gomma sintetica Gomma EPR Gomma EPR per alto modulo Elastomero reticolato speciale Elastomero reticolato speciale Polivinilcloruro – PVC PVC di qualità superiore Polietilene reticolato Anime riunite per cavo rotondo Anime parallele per cavo piatto Conduttore concentrico di rame Schermo elettrostatico di alluminio Schermatura a fili o nastri di rame Schermatura a treccia di fili di rame Armatura a fili Armatura a piattine Armatura a nastri Armatura a treccia (calza) metallica Polivinilcloruro – PVC Policloroprene Termoplastica speciale Elastomero speciale 44 Esempi di sigle di cavi: Cavo contrassegnato con la sigla H07V-K H = è un cavo armonizzato; 07 = per tensione 450/750 volt; V = isolamento in polivinicloruro; K = a corda flessibile per posa fissa. Cavo contrassegnato con la sigla H07RN-F H = è un cavo armonizzato; 07 = per tensione 450/750 volt; R = isolamento in gomma sintetica; N = guaina di policloroplene; F = conduttore a corda flessibile per servizio mobile. Cavo contrassegnato con la sigla N07G9-K N = è un cavo nazionale; 07 = per tensione 450/750 volt; G9 = isolamento in elastomero reticolato; K = conduttore a corda flessibile per posa fissa. Sezione dei cavi e relative protezioni La sezione di un determinato cavo deve essere scelta in relazione alla potenza dei carichi ed alla caduta di tensione ammissibile. Per i conduttori di fase e di neutro si adottano le seguenti sezioni: 1,5 mm2: per i circuiti che alimentano prese da 10 A, punti luce, segnalazione e comando (sezione minima ammissibile); 2,5 mm2: per gli altri circuiti, salvo quelli di potenza superiore o uguale a 3 KW per i quali è necessaria una sezione di 4 mm2. La caduta di tensione massima ammissibile nel punto più lontano è del 4% rispetto alla tensione nominale di esercizio. Al fine di contenere la caduta di tensione totale entro i limiti ammessi, la lunghezza delle linee all’interno dell’appartamento non deve, tuttavia, superare, in relazione alla sezione, la lunghezza massima indicata nella seguente tabella. CORRENTE NOMINALE DELL’INTERRUTTORE AUTOMATICO (In) 10 A 16 A 20 A LUNGHEZZA MASSIMA L L 19 m 19 m L 31 m 31 m L 51 m 51 m L 77 m L 11 m 11 m L 20 m 20 m L 31 m 31 m L 48 m L 15 m 15 m L 25 m 25 m L 38 m SEZIONE DEL CAVO 1,5 mm2 2,5 mm2 4 mm2 6 mm2 1,5 mm2 2,5 mm2 4 mm2 6 mm2 2,5 mm2 4 mm2 6 mm2 45 Tubi protettivi Negli impianti elettrici civili ed industriali è vietato posare i cavi direttamente sotto l’intonaco o nella muratura, perciò è obbligatorio l’uso dei tubi protettivi. Tali tubi possono essere in ferro o in materiale termoplastico. I tubi in ferro tipo BERGMAN sono costituiti da un involucro di strati di carta catramata rivestita esternamente da un foglio di lamiera zincata. La lunghezza di questi tubi è di 3 metri per qualsiasi diametro. I tubi in ferro ELIOS possono essere di tre tipi: leggero, medio e pesante. Il tipo pesante viene usato sotto la pavimentazione, la loro lunghezza è di 4 metri e i diametri sono compresi tra gli 11 e i 50 mm. Esistono anche dei tipi speciali con diametro di 60 e 80 mm. I tubi in materiale PLASTICO sono i più usati negli impianti elettrici moderni. Essi si suddividono in tre tipi: tipo pesante: di colore nero destinato all’impiego sotto la pavimentazione e in tutte quelle applicazioni in cui e richiesta una particolare resistenza meccanica; tipo leggero: di colore grigio viene usato per posa in pareti o soffitto; tipo flessibile: può essere di colore nero o grigio molto usato per la praticità nella posa. I cambiamenti di direzione dei tubi devono essere effettuati mediante piegature dei tubi stessi o utilizzando il tubo flessibile. Il loro diametro interno deve essere scelto in base alla sezione ed al numero dei conduttori unipolari che deve contenere. Bisogna tenere presente che i cavi collocati entro i tubi protettivi devono poter essere sempre sfilati con facilità senza subire danni (rottura dell’isolante esterno), che provocherebbe una perdita di sicurezza nell’impianto. Tipi e dimensioni dei tubi protettivi flessibili in pvc. In genere il colore del tubo flessibile pesante è nero, ma la norma ammette qualsiasi colore ad eccezione del giallo, arancio, rosso e grigio. Tipi e dimensioni dei tubi protettivi rigidi in pvc. Il colore grigio del tubo pesante deve essere ovviamente diverso dal grigio RAL 7035 riservato al tubo leggero. La norma ammette qualsiasi colore ad eccezione del giallo, arancio, rosso. 46 Il diametro interno del tubo deve essere almeno 1,3 volte il diametro del cerchio circoscritto al fascio dei cavi. La sezione occupata dai cavi non deve superare la metà della sezione del canale. I tubi protettivi installati nella parete devono avere percorso orizzontale, verticale o parallelo allo spigolo della parete. Nel pavimento e nel soffitto il percorso può essere qualsiasi. 47 Di seguito viene riportata una tabella che in sintesi indica il diametro del tubo FLESSIBILI da scegliere in relazione alla sezione e al numero dei cavi da riporre al suo interno. U0/U (*) CAVI TIPO Cavo unipolare PVC (senza guaina) 450/750 V Bipolare Cavo multipola re PVC Tripolare Quadripolar e Cavo unipolare PVC o gomma (con guaina) 0,6/1 kV Bipolare Cavo multipola re PVC o gomma Tripolare Quadripolar e Num. cavi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1,5 mm2 Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 20 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 20 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 25 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 25 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 63 mm SEZIONE del cavo in mm2 2,5 mm2 4 mm2 6 mm2 Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 63 mm Ø 63 mm Ø 63 mm - 10 mm2 Ø 16 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 40 mm Ø 63 mm Ø 40 mm Ø 63 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 63 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 40 mm - U0/U (*) U0 indica la tensione nominale verso terra del cavo U indica la tensione nominale (tra le fasi) del cavo 48 Di seguito viene riportata una tabella che in sintesi indica il diametro del tubo RIGIDO da scegliere in relazione alla sezione e al numero dei cavi da riporre al suo interno. U0/U CAVI TIPO Cavo unipolare PVC (senza guaina) 450/750 V Bipolare Cavo multipola re PVC Tripolare Quadripolar e Cavo unipolare PVC o gomma (con guaina) 0,6/1 kV Bipolare Cavo multipola re PVC o gomma Tripolare Quadripolar e Num. cavi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1,5 mm2 Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 16 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 16 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 20 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 20 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 50 mm - SEZIONE del cavo in mm2 2,5 mm2 4 mm2 6 mm2 Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 16 mm Ø 20 mm Ø 16 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 32 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 20 mm Ø 20 mm Ø 25 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 50 mm - 10 mm2 Ø 16 mm Ø 25 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 32 mm Ø 40 mm Ø 40 mm Ø 50 mm Ø 50 mm Ø 32 mm Ø 32 mm Ø 40 mm - Scatole o cassette di derivazione Per rendere agevoli le varie operazioni di manutenzione (per esempio l’identificazione di un guasto lungo la linea) o, le operazioni di giunzione e derivazione dalla linea di alimentazione, si usa collocare in determinati punti dell’impianto delle scatole o cassette di derivazione. Esse possono avere varie forme o dimensioni, possono essere da incasso o da esterno. Quelle da incasso possono essere circolari con diametro da 60 o 80 mm, o rettangolari con varie dimensioni. Le scatole di derivazione da esterno sono simili per forme e dimensioni alle prime, con la caratteristica di essere a tenuta stagna, in modo da evitare l’effetto negativo degli agenti atmosferici. 49 In tali scatole sfociano i terminali dei tubi e le estremità dei conduttori. i coperchi delle cassette devono essereb "saldamente fissati", consigliabili sempre fissati con viti. È buona norma che giunzioni e cavi posti all'interno delle cassette non occupino più del 50% del volume interno della cassetta stessa, è inoltre consigliabile attestare le tubazioni in modo da evitare eccessivi intrecci di cavi. Nella tabella seguente sono indicati per ogni cassetta il numero massimo dei tubi attestabili, in relazione alla grandezza dei tubi stessi. DIMENSIONI INTERNE (mm) (LxHxP) 90x90x45 120x100x50 120x100x70 150x100x70 160x130x70 200x150x70 300x150x70 290x150x70 480x160x70 520x200x80 PREDISPOSIZIONE NUMERO SCOMPARTI 1 1 1 1 1 2 3 4 3 3 Φ 16 7 10 14 18 20 24 - GRANDEZZA DEL TUBO (mm) Φ 20 Φ 25 Φ 32 Φ 40 Φ 50 4 3 6 4 9 6 12 8 4 4 2 12 8 6 4 2 16 10 6 4 4 24 16 10 6 5 12 12 8 6 16 16 10 6 12 8 Φ 60 2 3 4 6 Esistono inoltre le cosiddette scatole da frutto che servono a contenere le apparecchiature di manovra (interruttori, deviatori, pulsanti, ecc.). 50 Morsetti e morsettiere Secondo le nuove disposizioni, i collegamenti tra i conduttori, non possono più essere effettuati con nastro isolante, e obbligatorio adoperare appositi morsetti. L’uso di morsetti e morsettiere offre, rispetto al nastro isolante, dei notevoli vantaggi: una sicurezza più elevata, maggior facilità nelle operazioni di collegamento o di distacco, un maggior origine dei conduttori e quindi una più veloce identificazione di quelli che ci interessano per una eventuale riparazione dei guasti. Apparecchi di comando Gli apparecchi di comando servono per stabilire, mantenere, modificare o interrompere la corrente di alimentazione degli utilizzatori. Fanno parte dell’impianto elettrico quando si trovano posti a monte dell’utilizzatore, inseriti in contenitori singoli o in quadri di comando; sono progettati per svolgere un numero molto elevato di manovre e si denominano con termini diversi a seconda che il meccanismo di manovra sia a tasto, a levetta, a pulsante, a farfalla, ecc. I tre valori che si possono rilevare immediatamente, perché riportati sul corpo dell’apparecchio, sono la tensione nominale, la corrente nominale e il tipo di corrente (alternata o continua). La tensione nominale è il valore di tensione per il quale l’apparecchio è stato progettato e non deve essere superata durante l’impiego. La corrente nominale è il valore di corrente per la quale l’apparecchio è stato progettato e non deve essere superata durante l’impiego. Il tipo di corrente impiegata, corrente alternata C.A. oppure corrente continua C.C. Distribuzione dell’energia elettrica nelle utilizzazioni civili ed industriali Un impianto per ambienti civili od industriali ha inizio immediatamente a valle del gruppo di consegna dell’energia (a) e si compone di: b) interruttori di manovra c) quadri o centralini d) conduttore di distribuzione (d1), di allacciamento (d2) e di comando o telecomando (d3) e) apparecchio di comando f) prese a spina Fanno parte dell’impianto anche gli utilizzatori fissi (g) mentre sono da scorporare in quanto intercambiabili gli utilizzatori trasportabili o mobili (h). Gruppo di misura Escludendo le forniture in AT e MT i gruppi di misura sono fondamentalmente di due tipi: Il gruppo di misura monofase per piccole utenze comprende un contatore ed un interruttore automatico con funzione di limitatore; il limitatore ha lo scopo di impedire un prelievo di potenza superiore alla massima concordata all’atto della stesura del contratto con l’Ente fornitore. Il gruppo di misura trifase è solitamente costituito da un contatore trifase di potenza attiva da un contatore trifase di potenza reattiva e da un indicatore di massima potenza prelevata. Il gruppo di misura, di proprietà dell’Ente fornitore di energia è l’ultimo componente dell’impianto di distribuzione urbana; ai suoi morsetti ha origine l’impianto utilizzatore. 51 Gruppi di misura centralizzati I gruppi di misura sono centralizzati per fabbricato, o scala, e devono essere ubicati in posizione accessibile al Distributore di energia anche in assente degli utenti. Nelle forniture di energia elettrica fino a 30 kW in bassa tensione, il Distributore di energia installa interruttori automatici di sovracorrente, comunemente detti limitatori, al fine di limitare la potenza prelevabile dall'utente entro il valore contrattuale. La corrente nominale di tali interruttori automatici, oppure magnetotermici, è stabilita in modo che l'utente possa prelevare la potenza contrattuale impegnata maggiorata del 10% (a cos ϕ=0,9). Le taglie degli interruttori in funzione della potenza impegnata sono indicate nella tabella seguente, i nuovi gruppi di misura inoltre sono spesso dotati di interruttori magnetotermici differenziali con I dn =0.5 A. Interruttori limitatori bipolari del Distributore di energia per utenze Monofasi POTENZA POTENZA MASSIMA In = corrente nominale del CALIBRO (è un modo per indicare la taglia dell'interruttore) IMPEGNATA PRELEVABILE limitatore 1,5 kW 1,7 kW 8A 9 3 kW 3,3 kW 15 A 17 6 kW 6,6 kW 32 A 35 Interruttori limitatori quadripolari del Distributore di energia per utenze Trifasi POTENZA POTENZA MASSIMA In = corrente nominale del CALIBRO (è un modo per indicare la taglia dell'interruttore) IMPEGNATA PRELEVABILE limitatore 1,5 kW 1,7 kW 2,6 A 3 3 kW 3,3 kW 5A 6 6 kW 6,6 kW 10 A 12 10 kW 11 kW 17 A 19 Interruttori di manovra Gli interruttori di manovra sono apparecchi capaci di stabilire, portare e interrompere la corrente dell’intero impianto (interruttori generali) o di una sezione di impianto (interruttori divisionali). Essi non hanno la funzione primaria di comandare il funzionamento degli utilizzatori bensì quella di inserire e disinserire i circuiti per guasti, manutenzione o per emergenza. Attualmente si tende a conglobare la funzione di manovra con quella di protezione aggiungendo agli interruttori gli sganciatori magnetotermici. I principali dati nominali che caratterizzano gli apparecchi di manovra sono i seguenti: La tensione nominale è il valore di tensione, da non superare nell’impiego. La corrente nominale è il valore di corrente, da non superare nell’impiego, costituente il riferimento in base al quale l'apparecchio è stato dimensionato. Il potere di chiusura è il massimo valore di corrente transitoria che l’apparecchio è in grado di stabilire senza danneggiarsi. La corrente di breve durata ammissibile è la massima corrente che l’apparecchio è in grado di sopportare in occasione di guasti o corto circuiti per il breve periodo corrispondente al tempo d’interruzione dei dispositivi di protezione. 52 Quadri o centralini Possono essere destinati a contenere gli apparecchi di manovra e di protezione nonché altri apparecchi solitamente raggruppati all’inizio dell’impianto, assumono diverse conformazioni sintetizzate nella fig. seguente. Attualmente si tende a costruire quadri a struttura prefabbricata che può essere sia di tipo adattabile ad una vasta gamma di apparecchi(quadri di uso generale) sia di tipo specifico per una serie di apparecchi (quadri specializzati). Fra i quadri specializzati (fig. seguente) si ricordano i centralini per impianti civili, destinati ad accogliere piccoli interruttori modulari per usi domestici e similari. 53 Condutture Per condutture si intende il complesso costituito dai conduttori, dagli isolanti e dagli elementi di sostegno, di riparo, di giunzione, derivazione e terminazione che svolgono la funzione di convogliare la corrente dal punto di consegna dell’energia agli utilizzatori. Negli impianti utilizzatori si hanno conduttori in vista e volanti, in tubo, in canale e in condotto. Nel percorso complessivo si possono distinguere tre tratti caratteristici: le condutture di distribuzione che costituiscono le principali e dorsali, le condutture di allacciamento che costituiscono la parte terminale dei circuiti, le condutture di comando, telecomando, segnalazione, trasmissione dati ecc. che collegano fra loro più macchine o più apparecchi con lo scopo di determinare il funzionamento coordinato. 54 Apparecchi di comando Gli apparecchi di comando hanno la funzione di stabilire, mantenere, interrompere o modificare la corrente di alimentazione degli utilizzatori al fine di comandarne il funzionamento. Essi fanno parte dell’impianto quando sono installati a monte dell’utilizzatore sia in contenitori singoli che in quadri di comando (esempio: interruttori per comando luce negli appartamenti). Se invece sono installati sull’utilizzatore stesso (esempio: tasti selettori di una lavatrice) sono classificati tra gli “interruttori per apparecchi” ed esulano, ovviamente, dalla responsabilità dell’installatore. Gli apparecchi di comando si distinguono dagli apparecchi di manovra perché sono progettati per essere azionati frequentemente con azioni che richiedono minime forze. Si possono classificare in tre gruppi: piccoli apparecchi di comando per usi domestici e similari interruttori e commutatori a pacco per usi industriali e similari interruttori e commutatori per apparecchi. Ovviamente per utilizzatori soggetti a pochi comandi giornalieri, quali, ad esempio, i gruppi di lampade per edifici industriali, la funzione di comando può essere svolta anche dagli interruttori di manovra. I principali dati nominali che caratterizzano gli apparecchi di comando sono: la tensione nominale la corrente nominale il potere di chiusura la corrente di breve durata ammissibile. 55 Prese a spina Le prese a spina hanno la funzione di consentire il rapido allacciamento di utilizzatori mobili o portatili. Si possono classificare in due gruppi: prese a spina per usi domestici e similari prese a spina per usi industriali. Le prese a spina si distinguono per il grado di protezione contro i pericoli di folgorazione in normali e di sicurezza. Possono essere di tipo libero se la spina si può inserire e disinserire anche sotto tensione o di tipo bloccato se incorporano un dispositivo che impedisce tale manovra. Un altro criterio di classificazione riguarda la simmetria degli alveoli: se gli alveoli sono simmetrici l’accoppiamento presa-spina è reversibile e almeno due poli possono essere scambiati se gli alveoli sono asimmetrici l’accoppiamento presa-spina è irreversibile e si dice che la presa è “polarizzata”. Esempi di prese a spina Per usi domestici o similari Per usi industriali 56 Interruttore L’interruttore inteso come apparecchiatura da utilizzare per l’accensione e lo spegnimento di un qualsiasi punto luce, può essere del tipo unipolare e del tipo bipolare. L’interruttore del tipo unipolare viene utilizzato solo quando vi è l’esigenza di interrompere solo una fase, mentre quello bipolare viene utilizzato quando bisogna interrompere le due fasi. Esempio di impianto di interruzione semplice: Deviatore Il deviatore è un’apparecchiatura che viene inserita in un impianto per il comando di uno o più punti luce, messi in parallelo, da due posti. Inoltre se due deviatori vengono abbinati a uno o più invertitori si possono realizzare degli impianti per il comando di un punto luce da più posti. Esempio di impianto di deviazione semplice: 57 Invertitore L’invertitore è un’apparecchiatura più complessa rispetto a quelle descritte precedentemente; esso serve per realizzare dei circuiti per il comando di un gruppo di lampade da tre posti. Il circuito di inserzione si compone di due deviatori e un numero di invertitori uguali a quanti sono i punti di comando meno due. Pulsante Il pulsante è un’apparecchiatura che serve per chiudere momentaneamente un circuito, tale chiusura persiste finché dura la pressione del dito sul pulsante stesso. Il pulsante viene usato in tutti quei circuiti realizzati per segnalazione acustica o luminosa; esso è costruito con un contatto normalmente aperto, NO, ma in casi particolari si possono usare quelli con il contatto normalmente chiuso, NC, o con due contatti accoppiati, ecc. Differenza tra pulsante e interruttore: Il pulsante ha una sola posizione fissa o la NO o la NC; L’interruttore ha due posizioni fisse, la 1° NO la 2° NC. 58 Prese di corrente Nei circuiti di tipo residenziale, hanno posto di primaria importanza le prese di corrente. Esse vengono costruite e installate in modo da poter connettere un qualsiasi utilizzatore, tramite spina, all’impianto elettrico. Le prese si distinguono a seconda delle forme e dal diametro degli alveoli; le più usate sono quelle del tipo italiano con due poli più terra da 10 A, interasse 19 mm, con spinotti di 4 mm; e con due poli più terra da 16 A, interasse 26 mm, per spinotti di 4,8 mm; oppure con due poli più terra 10/16 A, bivalente per spinotti da 4 mm e 4,8 mm. Apparecchi di segnalazione Gli apparecchi di segnalazione assolvono il compito di richiamare l’attenzione, con un segnale, su una richiesta effettuata dall’operatore o da una macchina. Si possono suddividere in apparecchi di segnalazione acustica (ronzatori e suonerie) e in apparecchi di segnalazione luminosa (lampade, led), nella quasi totalità dei casi questi ultimi sono accoppiati ai precedenti. I trasformatori I trasformatori sono macchine elettriche statiche che svolgono il compito di trasferire energia elettrica da un circuito ad un altro variando i valori di tensione e di corrente. Negli impianti elettrici civili si trovano in genere trasformatori per campanelli, per apparecchi di illuminazione e per piccoli elettrodomestici (rasoi, ecc.). Apparecchi di protezione Gli apparecchi di protezione utilizzati negli impianti civili sono dei due tipi seguenti: Interruttori automatici (magnetotermici) che svolgono la funzione di proteggere i carichi (elettrodomestici in particolare) dai sovraccarichi e dai cortocircuiti. Interruttori differenziali che, progettati principalmente per proteggere gli impianti dai contatti accidentali (che si possono formare tra un filo in tensione e la massa o terra), svolgono anche l’importante compito di proteggere le persone dai contatti diretti e indiretti. 59 Ubicazione delle apparecchiature Si raccomanda che le prese a spina siano installate in modo che l'asse di inserzione risulti orizzontale o prossimo all'orizzontale (vedi figura). L'asse di inserzione delle prese a spina deve risultare ad un'altezza dal piano di calpestio di almeno 175 mm o di almeno 70 mm se da canalizzazioni o battiscopa. Le quote di installazione di prese, comandi ed apparecchiature sono indicate nella figura seguente: 60 Disposizione delle apparecchiature elettriche ai fini dell'eliminazione delle barriere architettoniche (quote in centimetri) 61 Bagni e docce Regole di installazione secondo le zone È importante conoscere preventivamente la posizione della doccia e/o della vasca per definire con precisione le zone di pericolosità, in base alle quali sono definite le regole di installazione. Le zone non si estendono all'esterno del locale attraverso le aperture munite di serramenti: ciò vuol dire che l'interruttore posto fuori dalla porta del bagno è ammissibile, anche se dista meno di 60 cm dal bordo della vasca. Nella ZONA 3 sono ammessi dispositivi di comando e prese purché siano protetti da interruttori automatici differenziali con Idn ≤ 30 mA, mentre nella ZONA 0 é proibito qualsiasi componente elettrico (vedi tabella e figure seguenti). Impianti elettrici in locali bagno/doccia 62 Individuazione delle zone nei locali da bagno (quote in metri). a) L'altezza della zona 1 è misurata dal pavimento, perchè il fondo della vasca si trova a meno 15 cm dal pavimento stesso. b) L'altezza della zona 1 è misurata dal fondo della vasca, essendo questa apiù 15 cm dal pavimento. Inoltre il muretto della vasca riduce l'estensione della zona 2. Individuazione delle zone nei locali per doccia (quote in metri). a) L'altezza della zona 1 è misurata dal pavimento, perchè il piatto doccia si trova a meno 15 cm dal pavimento stesso. Nella figura di destra il muretto riduce l'estensione della zona 2. b) Le estensioni delle zone fanno riferimento al soffione della doccia.. Anche in questo caso nella figura di destra il muretto riduce l'estensione della zona 2. 63 Locale bagno: a) individuazione delle zone e ubicazione di alcuni componenti elettrici (quote in metri); b) particolari del collegamento elettrico dello scaldaacqua ubicato in zona 1 e 2. 64 Regole di installazione secondo le zone In fase di allestimento del locale bagno, occorre effettuare i collegamenti supplementari sulle tubazioni metalliche all'ingresso (o uscita) del locale. I collegamenti equipotenziali supplementari vanno effettuati con conduttori di sezione 2,5 mm2 se protetti con tubo, oppure 4 mm2 se installati direttamente sotto intonaco o sotto pavimento, essi vanno collegati al conduttore di protezione nella cassetta di giunzione più vicina. In assenza di vasca da bagno o della doccia essi non sono richiesti (locali servizi igienici). Esempio di collegamento equipotenziale supplementare nel locale da bagno: A) con tubo protettivo; B) senza tubo protettivo. Il collare è in acciaio inox o in ottone per tubi in acciaio zincato; in rame o in ottone per tubi in rame. 65 Cucina Esempio di installazione delle prese in cucina. Esempi di installazione di prese dietro i mobili della cucina. L'altezza minima delle prese dal pavimento può essere ridotta a 7 cm solo per installazioni su canale o battiscopa. 66 Le prese sul piano da lavoro vanno ubicate lontano dal lavello e dal piano cottura. Box auto Esempio di impianto elettrico in box auto. 67 APPARECCHI UTILIZZATORI, CLASSIFICAZIONE I vari apparecchi utilizzatori possono essere classificati in base al loro grado di mobilità, venendo così catalogati. Apparecchio fisso: apparecchio ancorato ad un supporto o comunque che non può essere spostato facilmente (per esempio una macchina utensile o un carroponte). Apparecchio trasportabile: apparecchio che, pur potendo essere spostato facilmente, non ha bisogno di essere spostato durante il suo impiego ordinario (per esempio una saldatrice su ruote o uno strumento di misura con maniglia come un oscilloscopio), essi possono essere inoltre apparecchi mobili o apparecchi portatili. Apparecchio mobile: apparecchio che deve essere spostato manualmente dall’utilizzatore per il suo funzionamento mentre è collegato al circuito di alimentazione (per esempio la lucidatrice o il tosaerba). Apparecchio portatile: apparecchio mobile sorretto dalla mano dell’utilizzatore durante il suo impiego ordinario (per esempio il trapano o il rasoio). 68 L’ELETTRICITÀ NELLA CASA Vi sono in Italia oltre 20 milioni di abitazioni e quasi tutte sono collegate alla rete elettrica nazionale. Queste utenze di energia elettrica per usi domestici assorbono circa un quarto del consumo nazionale, mentre gli altri tre quarti sono utilizzati dalle attività industriali, commerciali, artigianali e agricole, nonché dai trasporti e dall’amministrazione pubblica. La spesa sostenuta per la fornitura di energia elettrica ha una certa incidenza sul bilancio famigliare: vale pertanto la pena di considerare tutti i possibili mezzi per risparmiare, senza sostanziali rinunce ai benefici dell’elettricità. Questo risultato può essere ottenuto sia mediante la scelta delle condizioni di fornitura più convenienti tra quelle consentite dalla vigente normativa, sia mediante l’uso corretto e oculato degli apparecchi elettrodomestici. Il presente capitolo si propone di fornire agli utenti domestici consigli e indicazioni per utilizzare nel modo migliore l’energia elettrica e contenere la relativa spesa. L’illuminazione È la più diffusa ed anche la prima delle applicazioni elettriche introdotte nella casa. Attualmente nell’abitazione media si può calcolare che essa assorbe solo un ottavo di tutto il consumo. I consigli che seguono possono aiutare ad ottenere una migliore illuminazione con minor consumo di energia. A questo fine sono importanti le scelte che riguardano le lampade, gli apparecchi di illuminazione e la loro ubicazione, oltre ad alcuni accorgimenti di uso e manutenzione. Le lampade elettriche La quantità di luce fornita da una lampada, ossia il flusso luminoso, si misura in lumen, mentre la potenza elettrica assorbita si misura in watt; il rapporto tra i lumen emessi e i watt assorbiti dà l’efficienza, che è il parametro fondamentale per valutare una sorgente luminosa sotto l’aspetto dell’uso razionale dell’energia. Tra i due tipi di lampada comunemente impiegati nelle abitazioni (ad incandescenza, a fluorescenza tubolari o compatte) ci sono differenze di efficienza nettamente a favore del secondo tipo. Altro elemento a favore della lampada fluorescente è la durata (circa cinque volte superiore). FLUSSO LUMINOSO ED EFFICIENZA DI LAMPADE A INCANDESCENZA NORMALI CHIARE, A 220 VOLT Potenza (watt) 15 25 40 60 75 100 150 200 Flusso luminoso (lumen) 90 200 330 600 850 1200 2000 2700 Efficienza (lumen/watt) 6 8 8 10 11 12 12 13,5 La durata di una lampada ad incandescenza è mediamente di 1000 ore. Le lampade smerigliate, a parità di flusso luminoso, danno un po’ meno flusso di quelle chiare (circa il 5%), ma non abbagliano e possono permettere di fare a meno dei diffusori. Sono invece elementi a favore della lampada a incandescenza Questi tipi di lampade sono state dichiarate fuori norma e non vengono più costruite per l’elevato consumo di energia e saranno progressivamente sostitute da quelle a basso consumo energetico, dal 1 settembre 2012 non possono più essere in commercio per il loro elevato consumo di energia: Il minor costo di installazione; La resa di colore più naturale; La minor sensibilità nei confronti di accensioni e spegnimenti frequenti, che abbreviano la durata delle lampade a fluorescenza. Pertanto le lampade fluorescenti sono convenienti qualora siano destinate a restare accese con una certa continuità. Le nuove lampade tubolari fluorescenti con diametro di 26 mm (anziché 38 mm come nel passato) vengono prodotte in versioni che, oltre ad un’efficienza ancora migliore, offrono una resa di colore più che soddisfacente. Inoltre sono stati messi in commercio vari tipi di lampade, baste sull’impiego di tubi fluorescenti di ridotte dimensioni, comprendenti tutti gli accessori indispensabili per il funzionamento e munite di attacco a vite (E 27) come le lampade ad incandescenza, alle quali possono pertanto essere facilmente sostituite.. Altri tipi compatti hanno invece attacco speciale (a baionetta) e alimentatore separato. 69 Per l’illuminazione di terrazzi, giardini, viali d’accesso può essere conveniente utilizzate le lampade a scarica in gas (a vapori di mercurio con bulbo fluorescenti, a vapori di sodio), che trovano normale impiego nell’illuminazione stradale, ma, nelle potenze più piccole, si prestano anche a queste applicazioni. LAMPADE TUBOLARI FLUORESCENTI AD ALTA RESA DI COLORE (DIAMETRO 26 mm) Durata media. 7.500 ore Potenza Potenza Tonalità Flusso Efficienza nominale assorbita di luce luminoso (lm/W) (W) (W) (lm) Calda 18 27 Bianca 1.450 54 Diurna Calda 3.450 77 36 45 Bianca 3.450 77 Diurna 3.250 72 Calda 5.400 77 58 70 Bianca 5.400 77 Diurna 5.200 74 LAMPADE TUBOLARI FLUORESCENTI CIRCOLARI Durata media: 7.500 ore Potenza Potenza Diametro Flusso Efficienza nominale assorbita luminoso (W) (W) (cm) (lm) (lm/W) 22 27 22 1.000 37 32 42 31 2.150 51 40 49 41 3.000 60 Lampade Generalità Luminescenza: emissione sotto forma di radiazioni elettromagnetiche da parte di alcune sostanze, di una certa frazione di energia da esse assorbita sotto altra forma. Fluorescenza e fosforescenza: si parla di fluorescenza se l’emissione della radiazione elettromagnetica avviene in un tempo t<10-8secondi dal momento in cui è avvenuto il fenomeno dell’assorbimento di energia sotto altra forma, se il tempo di emissione t>10-8secondi allora si parla di fosforescenza. Lampade a incandescenza tradizionali Le lampade ad incandescenza sono sorgenti luminose a irradiazione termica, come in natura è il Sole. Una parte del calore che producono viene emessa sotto forma di luce. La prima lampada a incandescenza di uso pratico fu realizzata da Thomas Alva Edison nel lontano 19 ottobre 1879; essa rappresentò la prima sorgente luminosa di origine elettrica disponibile in commercio. Lampade a incandescenza con alogeni Le lampade con alogeni, introdotte alla fine degli anni '50, costituiscono un particolare tipo di lampade a incandescenza che, oltre al normale gas di riempimento, contengono piccole quantità di alogeno (iodio o bromo). 70 In linea di massima le lampade alogene, a parità di potenza, diffondono circa il 20% in più di luce e hanno una durata di vita media due volte superiore a quella delle lampade a incandescenza tradizionali. Il bulbo delle lampade con alogeni è costituito da quarzo per poter sopportare le elevate temperature di funzionamento. Questa caratteristica impone di non toccare le lampade a mani nude: infatti i depositi di grasso che inconsapevolmente vengono lasciati dai polpastrelli possono provocare - con le elevate temperature raggiunte durante il funzionamento - la vetrificazione del quarzo e la conseguente rottura della lampada. Le lampade alogene si possono reperire in diverse versioni e, a seconda della tensione di alimentazione, si dividono in: a bassissima tensione e a tensione di rete. Le lampade a incandescenza con alogeni a bassissima tensione (6, 12 e 24 Volt) vengono collegate alla rete di alimentazione attraverso un trasformatore; sono di solito di dimensioni ridottissime e possono venire combinate con specifici riflettori (argento, oro, a specchio freddo) in modo da svolgere un ruolo molto importante e sofisticato dal punto di vista illuminotecnico. Esse infatti, a seconda del riflettore che le contiene, possono venire utilizzate per una illuminazione d'accento in ambienti già luminosi oppure per una illuminazione diffusa. Oppure in combinazione con un riflettore dicroico, che riduce del 70% l'irradiazione del calore nella direzione del flusso luminoso, sono utilizzate per illuminare oggetti sensibili al calore (oggetti preziosi, quadri, piante, generi alimentari, ecc.). Lampade a scarica nei gas e nei vapori Le lampade a scarica nei gas e nei vapori si basano sull'effetto detto irradiazione per luminescenza, come si verifica anche in natura con il fulmine. La luce emessa dunque non deriva dall'elevata temperatura di funzionamento, bensì dalla trasformazione diretta dell'energia elettrica in energia luminosa. La miscela di gas o i vapori metallici utilizzati in questo tipo di lampade vengono portati all'eccitazione dal passaggio della corrente elettrica e in queste condizioni emettono energia sotto forma di radiazione luminosa. A seconda dei componenti e a seconda della pressione interna della lampada, si possono ottenere radiazioni di diversa lunghezza d'onda, con emissioni luminose che si estendono dall'ultravioletto all'infrarosso. Le lampade a scarica nei gas e nei vapori sono sempre collegate ad un alimentatore che svolge il compito di generare una tensione di innesco e di stabilizzare la corrente. Il funzionamento particolare di queste lampade (passaggio della corrente elettrica all'interno di un gas) rende obbligatorio l'uso di un tale apparecchio. Infatti, a differenza di una lampada a incandescenza che ha la proprietà di aumentare rapidamente la propria resistenza in modo che la corrente che circola venga immediatamente stabilizzata (caratteristica positiva di resistenza), una lampada a scarica presenta caratteristiche opposte. Se fosse collegata direttamente alla linea di alimentazione, non solo non riuscirebbe a stabilizzare il valore della corrente circolante, ma subirebbe un aumento di corrente notevole (cortocircuito interno) tale da distruggerla. A seconda del tipo di lampada supportata, l'alimentatore può essere una semplice impedenza (induttanza su ferro), un trasformatore a dispersione oppure un autotrasformatore elevatore. In questi ultimi anni è comparso sul mercato un particolare modello di alimentatore che permette di regolare il flusso luminoso anche nelle lampade a scarica nei gas. In alcuni casi è necessario utilizzare anche un'altra apparecchiatura supplementare: lo starter. Lo starter assolve la funzione di preriscaldare gli elettrodi della lampada in modo da facilitare l'innesco della scarica. 71 In commercio si trovano tre tipi di starter: a luminescenza, termico, elettronico di sicurezza. Lo starter a luminescenza è composto di un'ampolla, un soppressore di disturbi e relativi collegamenti, tutti contenuti in un piccolo cilindro di plastica con attacco a due spinotti. L'ampolla di vetro contiene un interruttore, formato da un contatto fisso e una lamina bimetallica oppure da due lamine bimetalliche, ed è riempita con un gas (argo). Il soppressore di disturbi è costituito da un condensatore con il compito di eliminare le interferenze che si potrebbero verificare negli impianti di ricezione radio-TV. Lo starter termico è composto da una ampolla di vetro contenente due lamine bimetalliche (contatto) e un elemento riscaldante (spirale di riscaldamento). Anche in questo caso è presente un condensatore per l'eliminazione di disturbi indotti nei circuiti radio-TV. Infine lo starter elettronico di sicurezza viene caratterizzato da due momenti di lavoro: tempo di accensione della lampada e tempo di disinserzione del circuito, quando la lampada non si accende. Esso è composto da un interruttore a luminescenza (inserito nell'ampolla), un resistore a caratteristica resistenza-temperatura negativa (interviene quando la lampada non si accende), un diodo, una lamina bimetallica e un dispositivo di interruzione del circuito elettrico. Sono presenti anche un pulsantino per il ripristino del circuito di accensione e un condensatore. Le lampade a scarica nei gas e nei vapori si possono classificare in tre tipi fondamentali: lampade fluorescenti, lampade a vapori di mercurio, lampade a vapori di sodio. Lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato Con reattore normale e starter Le prime lampade fluorescenti fecero la loro comparsa verso la metà degli anni '30 e, per la loro efficienza luminosa superiore a quella delle lampade a incandescenza, divennero presto di uso comune. Le lampade fluorescenti sfruttano la caratteristica di alcune sostanze chimiche (sali fluorescenti) di emettere radiazioni luminose visibili, se sottoposte a radiazioni ultraviolette. Indipendentemente dalla forma loro impartita (si trovano in commercio lampade rettilinee, ad U oppure circolari) esse sono composte da un tubo di vetro, avente due elettrodi posti alle estremità. All'interno del tubo viene immessa una miscela di gas, contenente vapori di mercurio a bassa pressione (6 ÷ 10 millesimi di millimetri di mercurio) e una piccola quantità di argo (gas raro). La funzione del gas raro è quella di facilitare l'accensione della lampada e la sua pressione (normalmente varia dai 2 ai 18 mm di mercurio) riveste un ruolo molto importante. Se tale pressione è leggermente superiore a quella prevista, la lampada si accende con maggior difficoltà, ma presenta un flusso luminoso costante; se invece è inferiore, la lampada si accende più facilmente, ma per contro presenta un decadimento del flusso luminoso più accentuato e una vita più breve. 72 Gli elettrodi sono formati da un filamento di tungsteno con doppia o tripla spiralizzazione, rivestito da sostanze particolari (ossidi alcalino-terrosi) in grado di aumentare il potere di emissione, raggiunge una temperatura di circa 950°C. Ponendo gli elettrodi sotto tensione, se ne provoca il riscaldamento e la conseguente emissione elettronica. In queste particolari lampade si usa lo starter per preriscaldare gli elettrodi e innescare l'arco elettrico per l'accensione della lampada. L'alimentatore utilizzato, del tipo induttivo, alimenta la lampada alla tensione di rete. L'accensione di queste lampade si può riassumere come segue: se si applica tensione, si causa una scarica luminescente nello starter, la quale riscalda un contatto bimetallico e lo fa chiudere; in questo periodo di tempo gli elettrodi sono collegati in serie e sono preriscaldati dalla corrente che li percorre; la scarica luminescente però si spegne subito dopo la chiusura del contatto bimetallico e questo, di conseguenza, si raffredda e si riapre; l'apertura del contatto dello starter provoca una sovratensione improvvisa che innesca l'arco all'interno del tubo fluorescente; una volta innescata la scarica, la tensione di funzionamento è sufficiente a mantenere l'arco, pur risultando insufficiente per innescare una nuova scarica luminescente nello starter. La produzione di luce si può riassumere nel modo seguente: gli elettrodi situati alle estremità del tubo, comportandosi come erogatori (catodi) e collettori (anodi) di elettroni quando sono sottoposti a tensione, generano un flusso di elettroni; il flusso colpisce gli atomi di mercurio eccitandoli; la composizione di sali fluorescenti (per esempio miscela formata di calcio, antimonio, cloro, fluoro e manganese) assorbe le radiazioni elettromagnetiche prodotte dagli atomi di mercurio e le riemette a una lunghezza d'onda diversa (radiazione visibile). Mentre fino a qualche anno fa le lampade impiegate avevano un diametro di 38 e 26 mm ed erano riempite di argo, ultimamente sono comparse lampade con diametro da 26 mm riempite di cripto. Queste lampade sono state introdotte con lo scopo di ottenere un risparmio immediato di consumo energetico pari al 10%. Inoltre l'impiego di cripto ha dato luogo ad una nuova tecnologia costruttiva che ha consentito una riduzione del 10% della potenza impegnata, pur con un flusso luminoso uguale o superiore a quello delle tradizionali lampade di pari lunghezza ma di diametro maggiore. Inoltre la lunghezza e gli attacchi di queste lampade rimangono uguali a quelle delle lampade già in uso. Presentano però una maggiore efficienza luminosa. 73 Un altro tipo di lampade comparso sul mercato in questi ultimi anni è rappresentato dalle cosiddette lampade fluorescenti compatte. Esse riuniscono aspetti diversi dell'evoluzione tecnologica che in questi anni sta trasformando l'illuminazione. Presentano una compattezza di dimensioni e una linea di forme che le pone in diretta competizione con le lampade a incandescenza. Sono caratterizzate da una elevata efficienza luminosa, che consente loro una notevole riduzione del consumo di energia elettrica rispetto alle normali lampade a incandescenza a parità di flusso luminoso emesso. La vita media di queste lampade raggiunge le 8000 ore, otto volte in più rispetto alle lampade a incandescenza. La potenza assorbita viene trasformata quasi completamente in luce. Alcune di tali lampade sono dotate di attacco a vite E27, il quale permette loro di essere immediatamente applicate al posto delle lampade a incandescenza nei punti luce già esistenti; inoltre sono dotate di un sistema di accensione e di alimentazione ad alta frequenza completamente elettronico, che conferisce loro caratteristiche di accensione immediata, assenza dello sfarfallio e costanza di flusso luminoso emesso. Le lampade fluorescenti a catodo caldo preriscaldato sono - tra quelle a scarica - le più diffuse e il loro campo di utilizzo va dalla illuminazione civile (case, negozi, uffici) alla illuminazione stradale e industriale. Le lampade fluorescenti con reattore tachistart e rapidstart sono caratterizzate da accensione immediata e differiscono dalle normali, oltre che per il modo di accensione, per l'assenza nel circuito elettrico dello starter e per la presenza invece di un alimentatore specifico che preriscalda gli elettrodi mediante avvolgimenti supplementari. Le lampade a led (le ultime nate) Risparmio energetico: a parita’ di illuminazione , con la tecnologia LED si ha un risparmio energetico dal 50 al 80%. Qualita’ della luce: La luce emessa dalle lampade al sodio e’ gialla. I LED invece, emettono luce bianca fredda. Durata: La vita utile dei sistemi a LED e’ stimata in 50.000100.000 ore (10-20 anni, 12 ore al giorno) contro le 40005000 ore (11-14 mesi) delle lamapade al sodio ad alta pressione. Manutenzione: i costi di manutenzione degli apparati di illuminazione a LED sono stimati nell’ordine di un decimo rispetto agli impianti al sodio attualmente in uso. Costi i sistemi a LED hanno un costo iniziale maggiore, dal doppio al triplo, rispetto alle soluzioni tradizionali. Considerando pero’ la maggiore durata , il risparmio energetico e la mauntenzione quasi assente, si ha un risparmio netto dal 50% al 80%. 74 75 Il servizio elettrico La rete elettrica copre fittamente tutto il territorio nazionale: la parte destinata esclusivamente alla distribuzione è costituita da 250.000 chilometri di linee aeree e cavi interrati a media tensione, da 220.000 cabine di trasformazione da media a bassa tensione e da 500.000 chilometri di linee e cavi a bassa tensione. Di questo servizio imponente che richiede una continua sorveglianza e manutenzione, di solito l’utente si accorge solo se a causa di un guasto, rimane al buio. I guasti sono in massima parte causati da fenomeni atmosferici: fulmini che colpiscono linee o cabine, rami o alberi interi che strappati dal vento si abbattono sulle linee. È per questo motivo che gli utenti che vivono in campagna hanno interruzioni più lunghe di quelle delle città. Il contratto di fornitura Le tariffe e le modalità che regolano la fornitura di energia elettrica sono fissate dal Comitato Interministeriale dei Prezzi (noto come CIP), che è un organo della Presidenza del Consiglio dei ministri. Attualmente la fornitura presenta per l’utente le seguenti voci di costo: la quota fissa, che viene addebitata indipendentemente dal consumo ed è commisurata alla potenza impiegata; il prezzo al kWh, addebitato all’energia elettrica consumata; il “sovrapprezzo termico”, che rappresenta in pratica il costo del combustibile utilizzato per produrre ogni kWh; ed inoltre: l’imposta erariale; l’addizzionale comunale; l’imposta sul valore aggiunto (IVA). I “provvedimenti” del CIP fissano il primo gruppo di voci, le leggi fissano le altre. Scelta della potenza impegnata All’utente spetta la scelta della “potenza impegnata”, cioè quella che l’ENEL dovrà tenere a disposizione in qualsiasi momento. Si può scegliere tra i seguenti valori di potenza: 1,5 – 3 – 6 – 10 o più a gradini di 5 kW; 1.5 kW è una potenza sufficiente per un’abitazione. Ogni utenza domestica è provvista di un interruttore “limitatore” la cui funzione è di interrompere l’alimentazione quando la corrente assorbita supera quella corrispondente alla potenza impegnata. Le correnti alle quali il limitatore interviene sono: per la potenza impegnata di 1,5 kW: 8 ampere per la potenza impegnata di 3 kW: 15 ampere. Consigli per l’impiego sicuro dell’elettricità L’impianto elettrico dell’abitazione deve essere eseguito da un installatore qualificato, secondo le norme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI). Occorre sempre fare attenzione: ai conduttori (cavi) scoperti e alle connessioni mal eseguite; ai conduttori di sezione inadeguata; alle prese fissate male al muro o di portata inadeguata; all’impiego di prese multiple e di prolunghe. Particolarissima attenzione deve essere posta all’impianto del bagno e della cucina e all’uso di apparecchi elettrici quando si possono avere mani e piedi bagnati. Acquistare solo apparecchi che portano il marchio IMQ. Collegare con le prese di terra tutti gli apparecchi che hanno l’apposito morsetto, e specialmente lavabiancheria e lavastoviglie che lavorano in ambiente umido. Ciò presuppone, naturalmente, l’esistenza dell’impianto di terra; a protezione di tutto l’impianto interno, deve essere posto un interruttore automatico. A questo fine non si deve contare sul limitatore dell’ENEL, che non ha funzioni di sicurezza, ma è necessario installare un interruttore apposito; è indispensabile che questo interruttore sia del tipo con protezione differenziale. 76 L’elettricità nell’automazione degli impianti domestici A parte le componenti elettroniche già presenti in molti apparecchi elettrodomestici di normale uso nelle abitazioni, si delineano tre fondamentali tendenze di sviluppo nell’applicazione delle nuove tecniche alla casa: l’automazione degli impianti nella singola unità immobiliare; l’automazione dei servizi a livello di edificio la telegestione dei servizi da appositi centri esterni all’edificio, con la possibilità di trasmissione di dati in entrambi i sensi. Essi consentiranno un più razionale utilizzo dell’energia e potranno aumentare la qualità degli impianti stessi. Il frigorifero Il più diffuso apparecchio elettrodomestico rimane sempre il frigorifero; esso è presente in oltre il 97% delle abitazioni. Il suo consumo energetico dipende ovviamente dalle dimensioni, dall’eventuale comparto congelatore e, soprattutto dall’uso: è bene abituarsi a tenere la porta aperta per il più breve tempo possibile e mantenere pulita la griglia posta sul retro a protezione delle serpentine. Consigli per l’installazione: il frigorifero, soprattutto se munito di comparto congelatore, deve essere disposto nel punto più fresco del locale, lontano dal radiatore del termosifone e dai fornelli. È bene sia anche in posizione non raggiunta dai raggi del sole provenienti dalla finestra. Con questi accorgimenti non soltanto si consuma meno, ma l’apparecchio dura più a lungo. POTENZA E CONSUMO BASE DEL FRIGORIFERO (con temperatura ambiente a + 25 °C e temperatura della cella principale a + 5 °C) Capacità (litri) Potenza (watt) Consumo base mensile (kWh) 130 – 160 100 – 130 30 – 40 160 – 200 120 – 140 35 – 45 200 – 250 130 – 160 45 – 50 250 – 400 200 – 300 50 – 100 La lavabiancheria Oltre l’80% delle famiglie italiane possiedono una lavabiancheria. Quando la distribuzione dell’acqua calda è centralizzata ed è disponibile tutto l’anno, il tipo di lavabiancheria con la doppia alimentazione di acqua calda e fredda è economicamente più conveniente. Purtroppo la stragrande maggioranza degli apparecchi in uso sono del tipo ad alimentazione con acqua solo fredda e l’acqua è scaldata all’interno dell’apparecchio che comporta il maggior consumo di energia. I modelli più comuni hanno una capacità da 3 a 5 kg. di biancheria e assorbono una potenza da 1,5 a 3,5 kW. 77 TABELLA DEI CONSUMI PER UN LAVAGGIO NORMALE DI BIANCHERIA Consumo acqua (litri) Consumo energia elettrica (kWh) Consumo detersivo (grammi) 90 150 2 3,5 200 250 I risparmi più consistenti si ottengono con le seguenti avvertenze: usare la macchina a pieno carico e usare l’economizzatore quando è possibile; usare il programma adatto evitando programmi lunghi con temperature elevate; usare detersivi adatti a basse temperature dell’acqua. La lavastoviglie È un apparecchio che ha molte analogie con la lavabiancheria, anche se molto meno diffuso (nel 10% circa delle famiglie). La potenza utilizzata può variare tra 2 e 3,5 kW e viene assorbita in gran parte per il riscaldamento dell’acqua; il consumo, con i modelli più recenti, è di 2 2,5 kWh per lavaggio. Per il suo utilizzo tener presente degli stessi accorgimenti che si hanno per la lavabiancheria. Il congelatore Il congelatore, separato dal frigorifero, è un apparecchio che ha ormai raggiunto una notevole diffusione anche nel settore domestico (15% circa delle famiglie). In commercio esistono due fondamentali modelli: orizzontale (a pozzetto) e verticale (ad armadio). È bene che il congelatore sia installato in un locale fresco e ventilato, diverso dalla cucina. 150-200 200-300 300-500 Capacità (litri) 70-130 130-200 200-300 CONGELATORI ORIZZONTALI 100-140 40-45 120-170 45-55 150-250 55-70 Potenza (watt) Consumo base mensile (kWh) 80-120 35-45 120-150 45-60 130-200 60-80 CONGELATORI VERTICALI Il ferro da stiro La normale potenza dei ferri da stiro moderni sta tra 1000 e 1500 watt, pertanto chi ha un contratto di fornitura da 1,5 kW non può stirare se vi è un altro apparecchio in funzione come lavabiancheria o lavastoviglie. Circa la sicurezza è bene sapere che l’uso del ferro da stiro richiede cautela. I movimenti del ferro durante la stiratura tormentano il cordone di alimentazione, se si spezza uno dei due conduttori di alimentazione esso non funziona più e non resta che ripararlo, ma se si spezza il conduttore di terra (quello che all’interno del cordone è ricoperto con isolante di colore giallo verde), il ferro funziona ancora, ma viene a mancare il collegamento di terra ed è pregiudicata la sicurezza. 78 Il televisore Nell’abitazione media si consuma per il televisore la stessa energia consuma per l’illuminazione I televisori di costruzione moderna (a circuiti integrati e con accensione istantanea del tubo) possono essere lasciati permanentemente predisposti all’accensione praticamente senza spesa. In tali condizioni essi consuma una potenza piccolissima dai 4 ai 6 watt. Il forno a microonde Il forno a microonde è un moderno apparecchio elettronico per la cottura dei cibi, il cui funzionamento di basa sull’interazione delle “microonde” con le molecole organiche delle vivande. Queste vengono sottoposte a vibrazioni aventi elevatissima frequenza e per il conseguente attrito si genera il calore occorrente alla cottura. I principali vantaggi rispetto ai sistemi di cottura tradizionali sono: tempo di cottura ridotto al 10 25%; scongelamento rapido dei prodotti surgelati riducendo il tempo di circa 1/10; possibilità di utilizzazione delle stoviglie di portata per la cottura; risparmio energetico sensibile di oltre il 50% rispetto al forno elettrico tradizionale. Lo scaldaacqua elettrico Quasi metà delle abitazioni italiane è dotata di scaldaacqua elettrico: si tratta di un semplice apparecchio semplice, comodo, di istallazione poco costosa, ma non economico: l’acqua riscaldata con energia elettrica ha un costo elevato. Ecco alcuni consigli per diminuire il suddetto costo: scegliere un apparecchio munito di termostato facilmente regolabile; regolare la temperatura dell’acqua nel seguente modo: in estate e primavera è sufficiente 40/45 °C, d’inverno 60 °C: piuttosto che adoperare temperature più elevate, scegliere uno scaldaacqua di maggiore capacità; fare pulire l’elemento riscaldante periodicamente ad intervalli che dipendono appunto dalla durezza dell’acqua (per acqua molto dura l’operazione va eseguita una volta all’anno); conservare l’acqua calda sempre comporta dispersioni di calore notevoli, è consigliabile pertanto istallare un dispositivo che inserisca e disinserisca l’apparecchio a orari prestabiliti, secondo le esigenze famigliari. Dal punto di vista dell’uso razionale delle fonti energetiche, è sconsigliabile l’impiego di una energia pregiata, come l’elettricità, ma più che ricorrere allo scaldaacqua a gas (anche il gas naturale è un combustibile pregiato), è meglio utilizzare energie rinnovabili, come il calore solare, oppure recuperare energie disperse, usando uno scaldaacqua a pompa di calore. 79 A B C D E F QUALE SOLUZIONE PER L’ACQUA CALDA? Valutazioni di convenienza Costo iniziale Costo di Esercizio Soluzione Vincoli Acquisto Installazione Energia Manutenzione scaldaacqua a Molto Normalmente elevato Non oneroso Nessuno in resistenza conveniente agevole e poco particolare elettrica (con onerosa accumulo) scaldaacqua a conveniente Abbastanza moderato Non oneroso Deve esistere gas agevole (più la rete del gas (istantaneo o complessa che – aerazione e ad accumulo) in A) scarico devono essere adeguati scaldaacqua elevato Abbastanza basso accettabile Disponibilità solare complessa di spazio – (spesso strutture onerosa in portanti edifici idonee esistenti) scaldaacqua a Abbastanza Abbastanza moderato Non oneroso Assicurare la pompa di elevato agevole circolazione calore (paragonabile dell’aria a B) Centralizzata Accettabile purché previsto Spesso molto accettabile Deve essere da caldaia a nella progettazione oneroso nel prevista nella gasolio o gas dell’edificio periodo progettazione estivo dell’edificio Caldaia conveniente Abbastanza moderato Non oneroso Connessa combinata a agevole (da all’uso per gas per considerare riscaldamento singolo l’uso duplice) ambienti appartamento Gli apparecchi di riscaldamento elettrico Molte abitazioni sono dotate di stufe elettriche (termoconvettori, termo ventilatori o radiatori) per i casi di emergenza (impianto di riscaldamento guasto) o per alcune giornate fredde di mezza stagione quando l’impianto di riscaldamento non funziona. Occorre ricordare che il riscaldamento elettrico è molto costoso, da usare perciò con moderazione. Valgono per esso le considerazioni già esposte per gli scaldaacqua elettrici. 80 Si consiglia pertanto comunque i seguenti accorgimenti validi anche per il riscaldamento a combustibile: finestre ben chiuse (sigillare con guarnizioni eventuali fessure); serrande abbassate o chiuse nelle ore notturne; doppi vetri nei climi più freddi. Un moderno mezzo di riscaldamento è la pompa di calore, già consigliata per il riscaldamento dell’acqua. Essa generalmente è azionata da un motore elettrico, in grado di fornire, a parità di consuma, 2-3 volte il calore erogato da una stufa elettrica. La pompa di calore esiste anche in versione reversibile, in grado anche di raffrescare in estate, come un condizionatore. Il condizionatore d’aria L’uso del condizionatore d’aria è poso diffuso in Italia, nel settore domestico; questo apparecchio si trova però spesso nei locali destinati ad attività terziarie. Ve ne sono in commercio di portatili e fissi, di diverse potenze, e la scelta dipende da molti fattori: il clima (la temperatura e l’umidità), le dimensioni dei locali, il numero delle persone che vi risiedono. È bene considerare la scelta di modelli a ciclo reversibile, in grado cioè di riscaldare oltre che di raffrescare (naturalmente in tempi diversi). CARATTERISTICHE DEI PI COMUNI CONDIZIONATORI Potenzialità frigorifera Volume ambiente Potenza assorbita (frigorie/ora) (m2) (kW) PORTATILI 500 800 40 50 0,4 0,7 800 1200 60 70 0,6 0,8 1200 1500 80 100 0,75 1,5 FISSI 100 150 1500 3000 1,0 1,8 4500 3 (tutti sanno che una caloria è l’energia occorrente per scaldare un kg. Di acqua di 1 °C; la stessa quantità di energia , quando viene adoperata per raffreddata si chiama frigoria. Una frigoria riduce la temperatura di 1 m3 d’aria di circa 3 °C.) Consigli per l’installazione, la manutenzione e l’impiego: è importante che siano istallati in modo che l’aria circoli liberamente; tutti possiedono dei filtri dell’aria che vanno mantenuti regolarmente puliti e la pulizia delle vaschette dell’acqua di condensazione e di eventuali serpentine contenenti acqua che può causare ruggine e corrosione; mai regolare il termostato al massimo, ma in modo di ottenere una differenza di temperatura tra l’esterno e l’interno di non più di 5 °C. infatti il raffreddamento si accompagna ad una riduzione dell’umidità dell’ambiente che contribuisce al refrigerio, anche se la riduzione della temperatura è modesta. 81 MODULO N.5 L’ELETTRICITA’ E IL CORPO UMANO – LE SITUAZIONI DI PERICOLO Le conseguenze del contatto con elementi in tensione possono essere più o meno gravi a secondo dell’intensità di corrente che passa attraverso il corpo umano e a secondo della durata della stessa. Tale corrente sarà insignificante se chi tocca il conduttore è ben isolato dal suolo. La resistenza offerta dal corpo umano al passaggio della corrente, oltre a dipendere dalle caratteristiche fisiche dell’individuo, dipende da numerosi altri fattori. Infatti, a questo proposito, ha importanza il tipo di contatto (diretto o indiretto), lo stato della pelle, le condizioni dell’ambiente, gli indumenti indossati. Inoltre, ad esempio, quando nel sangue sono presenti anche piccole quantità di alcool, la resistenza del corpo umano è notevolmente ridotta. Effetti fisiologici della corrente: Tempo in secondi 10 1 0,1 0,01 10 100 1000 Intensità di corrente in mA Intensità di Effetti fisiologici corrente [mA] Non pericolosa, rappresenta la soglia 15 della percezione Inizio della scossa elettrica, si manifestano involontarie contrazioni di 5 30 muscoli della mano e del braccio (TETANIZZAZIONE). Estensione della tetanizzazione alla cassa toracica ed ai muscoli del cuore. 30 80 Svenimento oltre i 50 mA. Fibrillazione cardiaca, paralisi dei Oltre 80 centri nervosi respiratori. L’effetto è quasi sempre mortale. 82 Contatti diretti Toccando due elementi in tensione (ad esempio i contatti di una presa o due fili elettrici scoperti), il corpo umano è sottoposto a una differenza di potenziale (tensione), che provoca il passaggio di una corrente elettrica, tanto più pericolosa quanto più elevata è la tensione e più lungo è il tempo del contatto. Lo stesso fenomeno si verifica toccando un solo elemento in tensione (per esempio un solo contatto della presa o un solo conduttore), quando il corpo umano è in collegamento più o meno diretto con il terreno; in tal caso la corrente elettrica passa dall’elemento in tensione, attraverso il corpo, a terra. Protezione contro i contatti diretti La protezione contro i contatti diretti negli ambienti a carattere residenziale, deve essere totale, in quanto vi operano persone non in grado di evitare pericoli dovuti a contatto anche accidentale, si pensi ad un bambino che per gioco infila un chiodo in una presa di corrente in tensione. Le parti attive (conduttori) devono essere ricoperte in tutta la loro estensione con un isolamento che possa essere rimosso solo mediante distruzione. I morsetti, gli alveoli delle prese a spina, ecc. devono essere contenute entro involucri o schermate dietro barriere in grado di evitare almeno il contatto da parte delle dita. Per prevenire i contatti diretti l’impiego di un interruttore differenziale ad alta sensibilità, può costituire una protezione supplementare (però non sufficiente) in grado di intervenire quando dovesse venire meno l’isolamento delle parti attive. Tale interruttore però non interviene nel caso in cui una persona tocca contemporaneamente due elementi in tensione ed è isolata da terra (per esempio se si trova su una scala di legno o usa scarpe con suola di gomma, ecc.). Contatti indiretti Può succedere che un guasto ponga in collegamento un elemento in tensione con l’involucro metallico esterno (carcassa) dell’apparecchio elettrodomestico che lo contiene o, anche che sempre in seguito ad un guasto (deterioramento della guaina isolante che ricopre un conduttore) siano messe in tensione tubazioni metalliche di servizi vari, quali acqua, gas, ecc. Risulta evidente che, qualora una persona venisse a contatto con questi elementi, posti accidentalmente in tensione, sarebbe soggetta ad una differenza di potenziale (TENSIONE DI CONTATTO). Questa tensione provoca il passaggio di una corrente elettrica attraverso il corpo verso terra, più o meno grave a seconda del grado di isolamento dell’individuo da terra. La pericolosità, dipende anche dal valore di tensione rispetto a terra, assunto dalla parte metallica venuta a contatto con l’elemento attivo (CONDUTTORE). Nella peggiore delle ipotesi, questa tensione può avere un valore di 220 volts. Si è stabilito che una persona in buona condizione di salute, possa resistere ad una tensione pari a 50 volts per un tempo massimo di 5 secondi. La maggior pericolosità di questo tipo di guasto è rappresentato dal fatto che molte volte l’apparecchio elettrodomestico in cui si è verificato, continua a funzionare regolarmente, nascondendo così il pericolo. Protezione contro i contatti indiretti I metodi di protezione che si utilizzano per i contatti indiretti sono i seguenti: messa a terra diretta e protezione di massima corrente; messa a terra diretta e adozione di interruttori con relè differenziali; adozione di interruttori con relè di tensione. 83 GLI INTERRUTTORI DIFFERENZIALI Negli edifici civili e similari (sistema TT) ai fini della protezione contro i contatti indiretti, è richiesto il coordinamento tra resistenza di terra Rt e gli interruttori differenziali secondo la relazione: (norma CEI 64-8). Rt 50 I n Si può soddisfare tale relazione e ottenere così il coordinamento con interruttori differenziali sia ad alta sia a bassa sensibilità. Rt massime 5000 1666 166,6 100 50 In 10 mA 30 mA 300 mA 500 mA 1000 mA Valori di Rt massimi ammessi per i diversi valori di In . Per gli interruttori ad alta sensibilità sono ammesse resistenze di terra anche molto alte. Gli interruttori differenziali che hanno una In 30 mA si definiscono a alta sensibilità. Gli interruttori differenziali che hanno una In 30 mA si definiscono a bassa sensibilità. Dalla tabella precedente, risulta evidente che gli impianti che hanno una elevata resistenza di terra, risultano sicuri se associati ad interruttori differenziali adeguati. Accadrebbe il contrario se volessimo fare a meno degli interruttori differenziali ed utilizzare gli interruttori automatici magnetotermici o addirittura dei fusibili. Occorrerebbero in questo caso degli impianti di terra molto costosi con resistenze bassissime, di frazioni di ohm, difficilmente realizzabili. Naturalmente tutte le masse devono essere collegate, tramite il conduttore di protezione, all’impianto di terra. Ciò è necessario anche se l’interruttore è un differenziale ad alta sensibilità (norma CEI 64-8). L’interruttore automatico differenziale Questo dispositivo costituisce una valida soluzione per migliorare la sicurezza degli impianti elettrici, offrendo all’utente una protezione contro i pericoli dell’elettricità. Esso entra in azione non appena eventuali correnti di guasto creano per l’uomo situazioni pericolose. Il suo funzionamento si basa essenzialmente sulla legge di KIRCHOFF, infatti, in condizioni regolari di esercizio la somma algebrica delle correnti che in ogni istante attraversano i fili di linea, deve essere uguale a zero. In pratica l’intensità di corrente che fluisce verso gli utilizzatori è uguale a quella che dagli utilizzatori ritorna alla sorgente di energia, sia che la linea sia costituita da due conduttori (FASE-FASE; FASENEUTRO) o da tre conduttori con o senza neutro. È indispensabile, però, che tutte le parti metalliche degli utilizzatori siano collegate a terra. Parti costitutive dell’interruttore differenziale: pulsante di prova; relè a smagnetizzazione contro le folgorazioni e le dispersioni; trasformatore differenziale; leva di comando; relè termico contro i sovraccarichi; relè elettromagnetico contro i corto circuiti; morsetti uscita linea. 84 Principio di funzionamento In condizioni normali di funzionamento i due avvolgimenti primari a e a’ del trasformatore differenziale vengono percorsi dalla stessa corrente, per cui non danno luogo a nessun effetto magnetico nel nucleo del trasformatore. Se accidentalmente una persona viene a contatto con un punto qualsiasi dell’impianto (per esempio un conduttore nudo), una parte della corrente di dispersione fluisce verso terra attraverso la persona stessa. Risulta chiaro che in questo caso i due avvolgimenti primari del trasformatore non saranno percorsi più da correnti uguali, per cui nel circuito magnetico si manifesta un flusso alternato dovuto alla differenza delle correnti. Questo flusso investendo l’avvolgimento secondario b fa nascere in esso una f.e.m. (forza elettro motrice), di conseguenza una corrente; questa eccitando l’elettromagnete c fa scattare l’interruttore posto a protezione dell’impianto. Gli interruttori automatici differenziali sono provvisti anche di protezione di massima corrente (che provoca l’apertura dell’interruttore quando la corrente di corto circuito dell’impianto supera di 2-4 volte la corrente normale di taratura del relè elettromagnetico) contro i corto circuiti e di protezione termica contro i sovraccarichi (che risultino di poco superiori all’intensità normale dell’impianto, ma durevoli nel tempo). In conclusione la protezione magneto-termica agisce contro le disfunzioni dell’impianto ed i corto circuiti, la protezione differenziale (mediante il trasformatore differenziale), salvaguarda le persone dalle fulminazioni. SITUAZIONI CHE POSSONO CREARE DANNO ALL’IMPIANTO Sovraccarichi I sovraccarichi possono avere origini da transitori di avviamento degli utilizzatori, oppure da condizioni di funzionamento anormale dell'impianto o degli utilizzatori stessi. I sovraccarichi transitori dovuti a correnti di spunto dei motori asincroni trifase, sono dell’ordine di 6 ÷ 7 volte la corrente nominale ma hanno durata limitata a pochi secondi; sono perciò dannosi per la conduttura solo se si ripetono ad intervalli tanto brevi da non consentire il raffreddamento del cavo. Anche le lampade a scarica, specialmente se in gas ad alta pressione, danno luogo a sovraccarichi transitori di accensione (2 ÷ 3 volte la corrente nominale per qualche minuto) che però in genere non sono ripetitivi e quindi non comportano alcun rischio di danno per i cavi. I sovraccarichi transitori del tipo di quelli sopra descritti non devono provocare l’intervento degli apparecchi di protezione; ciò esclude la possibilità di impiegare dispositivi che intervengano istantaneamente per basse sovracorrenti. I sovraccarichi dovuti a condizioni di funzionamento anormale Sono in genere del tipo permanente e quindi devono essere interrotti entro tempi più o meno brevi in funzione della loro entità. Le cause principali che possono provocare questo tipo di sovraccarico sono: Errata valutazione della contemporaneità di funzionamento (lievi sovracorrenti dell’ordine di 1,1÷1,2 I z “portata max del cavo”, innalzamento della temperatura dei cavi di 10÷15 °C rispetto alla temperatura di esercizio con conseguente riduzione della vita del cavo stesso). Correnti di guasto verso terra (la corrente di terra si somma alla corrente d’impiego “I B”, dando vita a sovraccarichi difficilmente rilevabili. SOLUZIONE: Coordinamento tra la resistenza di terra e le apparecchiature di protezione). Utilizzatori guasti. Nella maggior parte dei casi i guasti evolvono rapidamente in cortocircuiti. Contatto tra le fasi in coda ad impianti molto lunghi. In sostanza è un cortocircuito, ma può capitare che per effetto dell’alta impedenza della linea venga visto come un sovraccarico. 85 Corto Circuiti I corto circuiti si verificano quando due conduttori di diversa polarità vengono a contatto sia per errore di collegamento che per guasto dell’isolamento. L’intensità della corrente assorbita in questi casi dipende da un complesso di situazioni molto spesso imprevedibili. Data l’impossibilità di valutare la Icc max reale (valore della corrente di corto circuito), bisogna ricorrere ad ipotesi semplificative per calcolare la cosiddetta “corrente presunta di corto circuito”, la Icc. Calcolo della corrente presunta di corto circuito Icc in un punto dell’impianto, partendo dal valore I cc ai contatori. Per le utenze servite in bassa tensione, non si dispone in genere dei dati inerenti al trasformatore ed alla linea di proprietà dell’Ente Distributore dell’energia. L’Ente, su richiesta, può fornire il valore della corrente presunta di corto circuito Icc al punto di fornitura. Quando neppure questo dato è reperibile, è lecito supporre I cc=4500 A per sistemi trifase e Icc=3000 A per i sistemi monofase (NORME CEI 64-3). L’INTERRUTTORE AUTOMATICO MAGNETO-TERMICO Questo apparecchio di protezione associa in sé importanti funzioni: la funzione “di manovra” che consente di inserire o disinserire un’utenza o un ramo dell’impianto (leva di sgancio); la funzione di protezione contro quella situazione di funzionamento anormali, che potrebbero causare danni all’impianto (Sovraccarichi e Corto Circuiti), di conseguenza protezione contro eventuali correnti di elevata intensità. Sappiamo anche che la funzione di protezione può essere assolta anche dalla valvola fusibile. A favore, però, dell’interruttore automatico magneto-termico giocano alcuni fattori: l’assoluta sicurezza; la sua lunga durata; la facilità di manovra (mediante la leva di sgancio per il ripristino del circuito); l’impossibilità che persone poco esperte possano modificare la sua portata (corrente nominale dell’interruttore). Per assolvere le sue funzioni di protezione, questo tipo di apparecchiature è dotata, appunto come dice il suo nome, di un sistema magneto-termico. Protezione Magnetica Essa è costituita da un elemento che interviene, non appena si verifica in esso il passaggio di una corrente di corto circuito, facendo aprire istantaneamente l’interruttore. Questa corrente è caratterizzata da valori molto alti rispetto a quella di normale esercizio (corrente nominale dell’interruttore) e se non venisse interrotto immediatamente potrebbe causare gravi danni a tutto l’impianto per i suoi effetti termici. Questa corrente è conseguente ad un contatto elettrico tra conduttori di diversa polarità (positivo-negativo, fase-neutro, fase-fase). La protezione magnetica è realizzata all’interno dell’interruttore, mediante un elettromagnete che, eccitandosi quando è attraversato dalla corrente di corto circuito, attrae un’ancora che provoca l’apertura dei contatti dell’interruttore. Protezione termica Essa è effettuata da un elemento termico (bimetallo) che, attraversato da una corrente di sovraccarico, si deforma fino a provocare l’apertura dei contatti dell’interruttore. Un sovraccarico è definito normale (transitorio) quando le correnti in gioco sono alte ma di breve durata (es. avviamento di motori, correnti di spunto, accensione contemporanea di molte lampade ad incandescenza, ecc.), in ogni caso in queste situazioni l’interruttore magneto-termico posto a protezione dell’impianto non deve intervenire. Un sovraccarico diventa anormale, invece, quando è permanente nel tempo e la corrente assorbita dai vari utilizzatori diventa troppo elevata per la sezione dei conduttori. Il tempo dell’intervento, cioè di apertura, dipende dal valore dell’intensità di corrente di sovraccarico e dalla sua durata nel tempo. Questi due elementi fanno in modo che il bimetallo si deformi più o meno velocemente. Negli edifici civili il sovraccarico si verifica spesso ed è causato dal continuo aumento di elettrodomestici installati nelle abitazioni. Infatti alimentando più utilizzatori contemporaneamente può accadere che la linea risulti sovraccaricata a causa dell’elevata potenza assorbita. Di conseguenza i conduttori sarebbero attraversati da una corrente maggiore rispetto a quella normale di impiego (IB), che provocherebbe un surriscaldamento della linea con conseguente deterioramento dei cavi e del materiale isolante.La scelta dell’interruttore magneto-termico da installare va fatta in base alle caratteristiche dell’impianto da progettare. Vanno quindi rispettate le seguenti condizioni: tensione nominale d’impiego dell’interruttore uguale a quella di esercizio dell’impianto (es. negli impianti civili V=220 Volt), frequenza nominale uguale a quella d’esercizio dell’impianto f=50 HZ, un numero di poli adatti al numero di fasi dell’impianto. 86 L’IMPIANTO DI TERRA COME PROTEZIONE Negli edifici civili la protezione impiantistica fondamentalmente consiste nel realizzare un impianto di messa a terra, opportunamente coordinato con interruttori posti a monte dell’impianto elettrico, atti ad interrompere tempestivamente l’alimentazione elettrica del circuito guasto, se la tensione di contatto assume dei valori particolari, e sicuramente prima che diventi pericoloso. L’impianto di terra per gli edifici civili deve: disperdere facilmente nel terreno le correnti elettriche che si manifestano in caso di guasto in modo da abbassare il più possibile i valori della tensione di contatto; essere coordinato con i dispositivi di interruzione automatica dell’alimentazione elettrica. L’ottenimento della prima condizione è legata alla conformazione dell’impianto di terra e alle caratteristiche del terreno in cui è posato, ad esempio un terreno roccioso è meno favorevole alla realizzazione di una buona capacità disperdente dell’impianto di terra e cioè al conseguimento di una bassa “resistenza di terra”. I dispositivi di interruzione automatica del circuito sono essenzialmente di due tipi: dispositivi di massima corrente a tempo inverso (fusibili e interruttori automatici magnetotermici), dispositivi differenziali. La protezione con i dispositivi di massima corrente richiede impianti di terra con bassissimo valore di resistenza e quindi, molto estesi e molto costosi ed in molti casi praticamente impossibili da realizzare. Per contro la protezione con interruttori differenziali è senz’altro più facile da realizzare, poiché consente di prevedere impianti di terra meno estesi con resistenza più elevata e pertanto anche meno costosi. E IMPORTANTE RICORDARE CHE LE PROTEZIONI INSTALLATE NELLE VARIE UNITA’ IMMOBILIARI DI UNO STABILE DEBBONO ESSERE OPPORTUNAMENTE COORDINATE. Infatti se anche una sola delle unità immobiliari non è dotata di dispositivi di interruzione automatica dell’alimentazione elettrica coordinata con l’impianto di terra, in caso di guasto in tale abitazione si può produrre una situazione pericolosa anche per tutte le altre. L’esecuzione dell’impianto di terra va correttamente programmato nelle varie fasi di costruzione dello stabile. Infatti alcune parti dell’impianto di terra, tra cui il dispersore, che è forse la più importante, possono essere installate correttamente ed economicamente solo durante la prima fase della costruzione. Le principali disposizioni per l’esecuzione degli impianti di terra negli edifici civili, sono contenute nella norma CEI 64-8: impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 volt in corrente alternata e a 1500 volt in corrente continua. Altri fascicoli di norme CEI contengono ulteriori precisazioni per esempio la norma 11/11: Norme per gli impianti elettrici negli edifici civili. Altre protezioni bene ricordare che alcune parti dell’impianto elettrico degli edifici, quali campanelli, comandi elettrici per l’apertura di cancelli, portoni ecc., non richiedono collegamenti all’impianto di terra, ma debbono essere alimentati a bassissima tensione (12 Volt), mediante piccoli trasformatori. Inoltre piccoli apparecchi elettrici, in particolare quelli che vengono spostati, non devono essere collegati con l’impianto di terra. Si tratta di apparecchi con isolamento doppio rinforzato. I due isolamenti devono essere in grado di sopportare una tensione di prova di 4000 Volts. L’esistenza dell’isolamento doppio e rinforzato è attestato dal simbolo seguente sulla targhetta dell’apparecchio (verificare per esempio se il proprio asciugacapelli ce l’ha): 87 Elementi dell’impianto di terra 1. DISPERSORE Corpo metallico o complesso di corpi metallici, posto in intimo contatto con il terreno, allo scopo di disperdere nel terreno stesso le correnti elettriche. 2. CONDUTTORI DI Conduttori destinati a collegare i dispersori tra di loro e al collettore o TERRA nodo principale di terra. 3. COLLETTORE O Elemento dell’impianto di terra nel quale confluiscono i conduttori di NODO PRINCIPALE terra, di protezione e di equipotenzialità. 4. CONDUTTORI DI Conduttori che collegano al conduttore di terra le masse metalliche PROTEZIONE degli apparecchi elettrici che possono essere toccati per esempio gli elettrodomestici. 5. CONDUTTORI Conduttori aventi lo scopo di assicurare che non sussistano differenze EQUIPOTENZIALI di potenziale pericolose tra le masse metalliche comunque accessibili degli edifici (tubazioni idrauliche o del riscaldamento) per evitare che, in caso di guasti, parti che possono essere toccate contemporaneamente da una persona si trovino a diverso potenziale elettrico. Cenni sull’esecuzione dell’impianto di terra. Il primo elemento dell’impianto di terra che deve essere predisposto è il dispersore. Il sistema migliore per realizzare un buon dispersore è quello di posare un conduttore a contatto con il terreno ad una profondità minima di 0,5 metri, che giri tutto intorno alle fondazioni del fabbricato. Qualora non sia possibile realizzare il dispersore ad anello, la protezione può essere affidata a picchetti di metallo piantati profondamente sempre con l’estremità superiore ad un minimo di 0,5 metri al disotto del livello del suolo. Questi picchetti, piantati di solito agli angoli dei fabbricati, vanno poi collegati fra loro con un apposito conduttore. I materiali principalmente usati per la costruzione dei dispersori sono il rame, l’acciaio rivestito di rame o materiale ferroso zincato. Ovviamente le dimensioni del dispersore dipenderanno anche dal materiale usato. Una volta eseguita la posa dei dispersori, essi andranno collegati tra di loro e poi al collettore principale di terra. La sezione del conduttore di terra deve essere quella prevista dalle norme CEI, in ogni caso non inferiore ai 16 mm2 se il 88 conduttore è protetto contro la corrosione, in mancanza di tale protezione la sezione minima è di 25 mm2, se il conduttore è in rame oppure 50 mm2 se è in ferro zincato. Le principali derivazioni facenti parte dell’impianto di terra devono convergere in punti prestabiliti scelti di solito negli scantinati. In tali punti si installano i collettori (o nodi) principali di terra costituiti da una sbarra o un morsetto e da essi si devono collegare: il conduttore di terra; i conduttori di protezione; i conduttori equipotenziali principali. I conduttori di protezione sono quelli destinati a collegare le masse da proteggere (carcasse di apparecchi fissi, morsetti di terra delle prese a spina, collegamenti equipotenziali dei singoli alloggi, ecc.) al collettore principale di terra. Il collegamento equipotenziale ha lo scopo di mantenere allo stesso potenziale, anche in caso di guasto dei normali sistemi di protezione, le masse estranee, cioè tutte le masse metalliche che si trovano negli ambienti da proteggere anche se non fanno parte di apparecchi elettrici. I conduttori equipotenziali si distinguono in principali e supplementari. I principali sono quelli che collegano al collettore principale di terra i tubi metallici dell’acqua e del gas, sono costituiti da cavetti isolati di sezione compresa tra i 6 e i 25 mm2 . I supplementari debbono collegare tutte le masse estranee in modo da assicurare l’equipotenzialità all’interno di determinati locali, quali locali da bagno e per doccia, la loro sezione minima può variare dai 2,5 ai 4 mm2 . 89 90 91 MODULO N.6 IMPIANTI A RELÈ Relè ciclico ad impulsi o relè passo passo Nelle installazioni elettriche degli ambienti, i comandi a distanza vanno sempre più sostituendo gli scomodi circuiti con deviatori ed invertitori. I vantaggi che ne derivano sono sostanzialmente i seguenti: Semplicità circuitale: solo due conduttori di comando, qualunque sia il numero dei posti di manovra; Utilizzo di pulsanti e non deviatori e invertitori; Ampia possibilità di ampliamento e ristrutturazione, per creare nuovi punti di manovra basta collegare altri pulsanti in parallelo a quelli già esistenti; Organi di comando in bassa tensione, diminuendo così la pericolosità dell’impianto stesso. Il relè ciclico ad impulsi esiste nella versione di interruttore, interruttore graduale, deviatore, commutatore e commutatore per forfait. Relè interruttore Viene utilizzato per il comando da più punti di uno o più punti luce simultaneamente. 1° impulso: contatto chiuso ciclo a 2 impulsi 2° impulso: contatto aperto Relè interruttore graduale È un relè ad impulsi di nuova concezione. Il contatto A porta in serie un limitatore di corrente. Può essere utilizzato per il comando di una o più lampade ad incandescenza e può determinare due differenti livelli di illuminazione. 1° impulso: chiuso A aperto B 2° impulso: aperto A chiuso B ciclo a 3 impulsi 3° impulso: aperto A aperto B Relè deviatore Viene utilizzato raramente negli impianti di illuminazione data la sua particolare sequenza di manovra. Ha maggiore impiego negli impianti di tipo industriale e di segnalazione. 1° impulso: chiuso A aperto B ciclo a 2 impulsi 2° impulso: aperto A chiuso B Relè commutatore Il relè commutatore è reperibile nelle versioni con ciclo a quattro impulsi e ciclo a tre impulsi. In entrambi i casi può essere utilizzato come relè interruttore collegando uno solo dei due contatti. Ciclo a 4 impulsi ciclo a 3 impulsi 1° impulso: chiuso A aperto B 1° impulso: chiuso A aperto B 2° impulso: aperto A chiuso B 2° impulso: chiuso A chiuso B 3° impulso: chiuso A chiuso B 3° impulso: aperto A aperto B 4° impulso: aperto A aperto B 92 Relè commutatore per forfait E’ un particolare tipo di relè commutatore la cui sequenza delle manovre non prevede la chiusura contemporanea dei due contatti. Viene utilizzato per il comando di due gruppi di lampade che non devono mai essere accese contemporaneamente. Esiste nella versione con ciclo a quattro impulsi e ciclo a 3 impulsi. Ciclo a 4 impulsi ciclo a 3 impulsi 1° impulso: chiuso A aperto B 1° impulso: chiuso A aperto B 2° impulso: aperto A aperto B 2° impulso: aperto A chiuso B 3° impulso: aperto A chiuso B 3° impulso: aperto A aperto B 4° impulso: aperto A aperto B Particolarità costruttive del relè Il relè ciclico ad impulsi può essere di tipo elettronico o elettromeccanico. Quest’ultimo è costituito da un albero di comando su cui sono montate una o più camme di forma appropriata, aventi la funzione di provocare la chiusura e l’apertura dei contatti. L’albero a camme viene fatto ruotare per mezzo di una leva comandata da un elettromagnete, il cui funzionamento a scatti è ottenuto mediante impulsi di corrente inviati nella bobina dell’elettromagnete stesso. L’organo di comando della bobina del relè può essere un pulsante in chiusura o un apparecchio equivalente che invii un impulso istantaneo. La bobina di comando di questi relè non deve essere permanentemente sotto tensione. La tensione di comando della bobina può essere 220 volts in c.a. (la stessa cioè applicata ai contatti), o una tensione ridotta fornita da un trasformatore 220V/12V, 220V/24V, ecc. Nel caso di bobina comandata in B.T. (di conseguenza anche i relativi pulsanti di comando), nell’esecuzione pratica dell’impianto, bisogna tenere presente che si hanno due circuiti a tensione diversa (comando-potenza) e quindi se si usano conduttori con diverso grado di isolamento, essi andranno posti in due canalizzazioni diverse. Volendo evitare la doppia canalizzazione, si possono usare anche per il circuiti in bassa tensione (circuito di comando), dei conduttori aventi un grado di isolamento pari a quello dei conduttori del circuito di potenza. Il maggior difetto del relè ciclico ad impulsi di tipo elettromeccanico, è la sua rumorosità di funzionamento. Ciò è dovuto alla necessità di dover ridurre costi e dimensioni e di apportare quindi semplificazioni nel sistema meccanico di azionamento dei contatti e nella realizzazione del nucleo magnetico. Disegno schematico di un relè ciclico ad impulsi: 93 Relè scale Il problema dell’illuminazione delle scale è stato affrontato e risolto con dispositivi che, grazie alle loro diverse esecuzioni, permettono qualsiasi esigenza di servizio. Il tutto è comunque rivolto ad evitare degli inutili sprechi di energia che la disattenzione dell’utente può a volte causare, con un’inutile attivazione dell’illuminazione in certi periodi della giornata. Con questo apparecchio si cerca cioè di limitare l’accensione delle lampade al solo tempo necessario per salire dal primo all’ultimo piano. Esso viene azionato mediante pulsanti e spegne automaticamente la luce dopo un tempo prefissato e regolabile. Oltre che per l’illuminazione a tempo, il relè può essere regolato anche per l’illuminazione permanente, mediante opportuni interventi. Infatti esistono durante il giorno alcuni periodi, in cui c’è bisogno di permanenza dell’illuminazione delle scale, per il continuo andirivieni degli utenti. Quindi per evitare inutili e dannosi ripetuti impulsi al relè, è necessario attivare in permanenza l’illuminazione. Viceversa di giorno, per impedire che si accenda inutilmente le lampade, si corredano gli impianti di opportuni dispositivi, spesso presenti all’interno del relè stesso, che impediscono l’alimentazione dell’impianto anche se si premono i pulsanti di comando. I relè scale possono essere a reinserzione libera o no. Nel primo caso la riattivazione del relè è sempre possibile, nel secondo è fattibile solo dopo che è trascorso un certo periodo di tempo, ovviamente inferiore a quello in cui le lampade devono essere accese. Il funzionamento del relè è basato: sul cosiddetto “principio termico” della lamina bimetallica; su dispositivi ad “orologeria”; sulla “tecnica elettronica” che consente realizzazioni silenziose, di dimensioni ridotte, elevata precisione, temporizzazione indipendente da eventuali variazioni di tensione e dalla temperatura dell’ambiente. Relè luci scale tipo elettronico Si fa riferimento al relè elettronico della FINDER serie 14 tipo 14.31: 94 L’unica differenza tra il collegamento a 3 fili e quello a 4 fili è che nel secondo il collegamento al neutro delle lampade e dei pulsanti è separato. In entrambi i casi è possibile utilizzare dei pulsanti luminosi collegati come in nella figura seguente. 95 Relè crepuscolare Il relè crepuscolare è un apparecchio altamente sofisticato basato sull’elettronica. La principale funzione del relè crepuscolare è simile a quella del relè interruttore, con la differenza che esso non è comandato direttamente dall’operatore tramite un pulsante o un interruttore, ma si eccita con il variare dell’intensità luminosa, intervenendo direttamente sul circuito di illuminazione. Il suo funzionamento è legato ad una fotoresistenza sensibile alla luminosità, che al diminuire della luce esterna mette in funzione il relè posto all’interno del crepuscolare, chiudendo quindi il circuito e in questo modo consente il passaggio della corrente e di conseguenza l’accensione delle lampade. Invece, quando la luminosità esterna è in aumento, il relè interno si disinserisce interrompendo il circuito e spegnendo le lampade. Funziona senza nessun interruttore in quanto esso stesso assolve a tale funzione, esso è protetto da un involucro isolante e resistente alle intemperie in quanto deve, almeno in parte (sicuramente l’elemento fotosensibile) essere montato direttamente all’esterno delle abitazioni per captare le variazioni di luce esterne. Esso è dotato inoltre di una vite o manopola di regolazione che permette di regolare l’intervento del relè stesso. Esso è adatto al comando di insegne luminose, luci delle vetrine, lampioni stradali, illuminazione giardini, ecc. Si può regolare la sua attivazione tramite una vite di regolazione posta direttamente sul relè, ruotandola verso il simbolo + esso sarà attivato con maggiore illuminamento esterno (più luce), ruotandola verso il simbolo – sarà attivato con minore illuminamento esterno (meno luce). La fotoresistenza deve essere ovviamente posizionata all’esterno per captare l’illuminamento esterno. 96 Relè a cartellini o luminoso In alcuni impianti la suoneria, azionata da diversi pulsanti messi in parallelo, è abbinata a segnalazioni ottiche, quali cartellini o segnali luminosi. Il relè a cartellini o luminoso serve per avvisare, al punto di ricezione, del bisogno di un servizio. Questo impianto viene realizzato infatti: negli ospedali, nelle scuole, negli hotel, ecc. Con questo impianto, il degente, l’insegnante, il cliente d’hotel, può chiamare l’infermiere, il bidello, il portiere, con una semplice operazione. A questo punto sulla centralina apparirà un cartellino o si illuminerà un numero che insieme a una segnalazione acustica indica la chiamata e il luogo da dove arriva. Una volta recepita la chiamata, l’operatore può cancellare la chiamata e recarsi a rendere il servizio richiesto, l’impianto è di nuovo pronto per la prossima chiamata. 97 MODULO N.7 TECNICHE PER CIRCUITI STAMPATI Disegno del circuito stampato Un circuito stampato è costituito essenzialmente da una basetta di materiale isolante sulla quale vengono montati i vari componenti; essi sono collegati tra loro mediante piste conduttrici connesse con le piazzole. Sulle piazzole vengono preventivamente praticati dei fori nei quali si infilano i reofori (terminali) dei componenti i quali sono poi connessi meccanicamente ed elettricamente mediante saldatura. Le schede vengono prodotte tipicamente utilizzando una o entrambe le facce per il montaggio dei componenti; sono tuttavia prodotte a livello industriale schede multistrato per circuiti molto complessi che altrimenti richiederebbero ingombri eccessivi. Oramai è stata abbandonata la tecnica del circuito cablato o filato che consisteva nel collegare i vari componenti disposti sulla scheda, tramite conduttori rigidi saldati opportunamente; ogni scheda poteva essere differente dalle altre e aumentavano perciò i manufatti da scartare per difetto di funzionamento. Oggigiorno questa tecnica viene utilizzata soltanto a scopo didattico nelle scuole oppure per studi di progettazione di prototipi, mentre la tecnica impiegata comunemente è quella del circuito stampato. Lo schema di principio è il punto di partenza per la progettazione di una qualsiasi apparecchiatura elettronica. In esso compaiono tutti i componenti che verranno montati sul circuito stampato, oltre alle apparecchiature di corredo che saranno fissate sul contenitore e cablate con opportune modalità con la scheda. Sono commercializzati vari software di programmazione che supportano i progettisti nell’esecuzione degli schemi per circuiti stampati. Questi sistemi CAD si compongono di vari moduli che vengono utilizzati per la produzione di tutta la documentazione di fabbricazione, dal disegno dello schema elettronico, il disegno del master lato componenti, del master lato saldature, del piano di foratura, al disegno per la maschera serigrafica e per il solderist. Si devono inoltre produrre disegni che evidenzino le eventuali lavorazioni meccaniche sulla scheda, sul contenitore, sulle modalità di fissaggio dei vari elementi che compongono l’apparecchiatura. Da notare che ogni piccolo errore che il progettista commette in questa fase, si ripercuote su tutta la produzione delle apparecchiature. Sbroglio del circuito stampato Di notevole importanza, una volta progettato lo schema elettronico, è la disposizione con cui i componenti vengono montati sulla basetta; una volta definito il layout (disposizione dei componenti) esso dovrà essere confrontato con l’operazione di sbroglio. Si dovrà operare una scelta conveniente che ottimizzi mutualisticamente la disposizione dei componenti e il percorso dei conduttori di collegamento. Lo sbroglio del circuito si effettua in modo manuale o automatico, sempre avvalendosi di tecniche computerizzate. Normalmente il software di programmazione permette anche una messa a punto manuale, per poter ottimizzare manualmente il posizionamento delle piste e dei componenti del circuito stampato che si dimensiona. Nello sbroglio bisogna tenere conto delle correnti che attraversano i vari circuiti e delle tensioni in gioco ed eventualmente ingrossare le piste per poter sopportare tali correnti, o distanziarle tra loro in modo che sia garantito un determinato isolamento. Bisogna inoltre ottimizzare i percorsi evitando il più possibile sovrapposizioni di conduttori (piste) e utilizzando il minimo ingombro. Vi sono delle regole che comunemente vengono rispettate nella disposizione dei componenti e nell’effettuazione delle operazioni di sbroglio; esse sono le seguenti. La basetta non deve essere sollecitata meccanicamente da apparecchiature ingombranti quali trasformatori, condensatori, dissipatori, che devono altresì essere francamente ancorati. I componenti assiali devono essere disposti orizzontalmente in modo parallelo rispetto alla basetta. I dispositivi di potenza che generano calore devono essere lontani dai componenti sensibili alle variazioni di temperatura. I trimmer, interruttori e tutti i componenti di comando e regolazione devono essere posizionati in prossimità dei bordi della basetta per essere accessibili. La disposizione dei fori di inserzione dei reofori deve essere eseguita tenendo conto delle dimensioni del componente e della lunghezza di piegatura dei terminali. 98 Con le procedure CAD, durante il posizionamento dei vari componenti sul foglio elettronico, vengono disegnate anche le piazzole dei terminali; esse saranno poi connesse automaticamente formando quindi le piste. Gli algoritmi del software possono tracciare il percorso in base a strategie di ottimizzazione che vengono preventivamente definite. Sviluppo di un circuito stampato Riassumendo sinteticamente, la scansione delle operazioni per la produzione di un’apparecchiatura elettronica a circuito stampato è quella che segue. Definizione delle specifiche costruttive e di funzionamento dell’apparecchiatura. Definizione delle specifiche della scheda (dimensione, dissipazione, costo). Definizione dei componenti per ordine al tipo, alle dimensioni, alla piegatura, al dimensionamento delle piste e delle piazzole. Disegno dello schema di principio dell’apparecchiatura. Produzione della documentazione di fabbricazione (considerando opportunamente le modalità di piazzamento e di sbroglio del circuito) e in particolare: Disegno dello schema elettronico. Disegno del master lato componenti. Disegno del master lato saldature. Disegno del piano foratura. Disegno della maschera serigrafica del layout dei componenti. Disegno del solder-resist. Disegni che evidenzino le eventuali lavorazioni meccaniche sulla scheda; sul contenitore, sulle modalità di fissaggio dei vari elementi che compongono l’apparecchiatura. Montaggio e saldatura dei componenti sulla scheda. Montaggio della scheda e degli altri componenti sul contenitore. Collaudo dell’apparecchiatura. Montaggio dei componenti: saldatura, esercitazioni specifiche per ogni passaggio. Per il montaggio dei componenti sulla scheda sono necessari vari passaggi, di seguito elencati. Piegare i terminali dei vari componenti. Ripiegare e tagliare i terminali dei componenti. Inserire i componenti nei fori praticati sulla scheda nelle posizioni assegnate. Saldare i componenti sulla scheda. Dalle specifiche tecniche dei vari componenti si deve rilevare la distanza minima di piegatura dei reofori dei vari elementi; la piegatura può avvenire manualmente o con opportune piegatrici. La ripiegatura dei terminali si effettua in modo automatico, o manualmente, mediante una pinza dopo aver inserito i componenti nelle loro sedi; con questa lavorazione si fissano meccanicamente gli elementi nelle loro dislocazioni prima di procedere alla saldatura. Se è stata effettuata la ripiegatura dei terminali, il taglio degli stessi avviene prima dell’operazione di saldatura, altrimenti con appositi attrezzi o in modo automatico viene fatta successivamente. Il montaggio dei componenti avviene manualmente o tramite macchine che lo effettuano in modo automatico e a velocità molto sostenute. La saldatura e il taglio dei reofori eccedenti avviene successivamente. La saldatura si effettua con tecniche automatiche, tra le quali la più diffusa è quella della saldatura a onda. Con la modalità manuale si tratta comunque di effettuare una saldatura tra la piazzola e il componente in modo da connettere elettricamente i componenti tra loro, ma anche producendo un fissaggio meccanico degli stessi. I materiali necessari sono un saldatore di adeguata potenza e del filo costituito da una lega di stagno e piombo. 99 Metodo per ricavare il valore delle resistenze per i circuiti elettronici 100 MODULO N.8 REGOLE DI ESECUZIONE PRATICA DEGLI IMPIANTI Spellatura La guaina del conduttore deve essere tagliata di netto e non strappata. Spelare con cura i conduttori senza tagliare porzioni o incidere il rame. Non spelare i conduttori in nessun modo se non con le forbici o la pinza spela fili adeguati. Collegamento La lunghezza delle spellature deve essere adeguata al morsetto di collegamento. Attorcigliare leggermente la spellatura del conduttore prima di inserire nel morsetto. Non deve uscire dal morsetto rame in eccedenza ne devono vedersi “baffetti” di rame sporgenti. Gli ancoraggi ai morsetti devono essere fatti con occhielli opportuni se non esistono graffette di serraggio. Le viti dei morsetti vengono serrate dopo aver inserito tutti i conduttori che devono collegar visi. Se presenti non far ruotare le graffette dei morsetti durante il serraggio dei conduttori, potrebbero rompere il bordo isolante degli apparecchi. Effettuare dei contatti tali che il conduttore non si possa sfilare anche se sottoposto a sforzi. Cablatura La lunghezza del conduttore va dimensionato con una abbondanza di circa 3 cm: l’eccedenza deve rimanere anch’essa all’interno della canaletta. In ogni morsetto devono essere collegati al massimo due conduttori, se non prescritto diversamente. I conduttori devono uscire dalle canalette nella direzione del morsetto a cui si collegano. Se possibile eseguire i ponticelli presenti sullo stesso apparecchio con il conduttore passante per la canaletta. Scegliere i percorsi più corti per i collegamenti, eseguendo i ponticelli prima tra gli elementi più vicini. Distribuire i conduttori nelle canalette in modo che non siano presenti zone di addensamento. I conduttori vanno sagomati con le mani, possibilmente facendo curve di 90 gradi. I segnafilo dovranno essere disposti sui tratti verticali in modo che si leggano dal basso verso l’alto, mentre in orizzontale da sinistra verso destra; inoltre vanno disposti tutti alla stessa distanza dai morsetti. Gli apparecchi devono essere fissati in modo che le scritte riportate su di essi siano facilmente leggibili: da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto. I diversi apparecchi ed accessori siano fissati saldamente seguendo la simmetria del quadro (orizzontale, verticale e distanza uniforme tra i vari componenti). È possibile legare i conduttori, minori tre, che escono dalla stessa finestrella con la stessa direzione. Sagomature e legature vanno eseguite sui tratti di adeguata lunghezza fuori dalle canalette: devono essere sistemati in modo da ottenere una buona simmetria ed estetica piacevole. Attrezzi Ogni utensile deve essere usato solamente per l’uso a cui è destinato, scegliendo il più opportuno. Gli attrezzi affilati e/o appuntiti devono essere riposti in modo da non creare danno a cose o persone. Utilizzare il giravite adatto in base alla grandezza della testa della vite. Nel caso sia troppo piccolo può facilmente deformarsi se è troppo grande può rovinare il taglio della vite. Nell’avvitare cercate di non stare nella traiettoria del cacciavite con le mani. Non usare il cacciavite come scalpello o leva. Appoggiare opportunamente ciò che si avvita non rischiando di ferirsi. Le tronchesi devono essere utilizzate per tagliare i fili o cavi di piccole dimensioni. Non tagliare i conduttori con le forbici. Varie Nel montaggio dell’impianto è obbligo rispettare fedelmente lo schema: posizionare gli apparecchi e il percorso dei fili secondo gli schemi dati. Maneggiare con cura gli apparecchi, non farli cadere, batterli contro qualcosa. Per ogni collegamento eseguito prendere nota sugli schemi barrando il tratto di conduttore corrispondente. A completamento dell’impianto fare un controllo “statico” dei collegamenti individuando le composizioni circuitali caratteristiche dell’impianto. Per smontare un impianto troncare i conduttori in prossimità dei morsetti; chiudere le eventuali viti allentate, recuperare gli anelli segnafilo ed i tratti di conduttore di lunghezza opportuna. Attenzione Nessun allievo è tenuto a dare tensione all’impianto eseguito senza autorizzazione: si eviteranno così eventuali pericolosi infortuni. Mantenere sempre in ordine il proprio posto di lavoro e gli attrezzi affidati. 101 Energia elettrica e sicurezza in casa 102 103 104 105 TESTER (O MULTIMETRO) ANALOGICO, TESTER (O MULTIMETRO) DIGITALE La prima caratteristica del tester digitale è quella di dare l’indicazione della grandezza misurata in valore numerico tramite il cosiddetto “display”. Il tester analogico da invece l’indicazione con un indice su una scala graduata: ne risulta evidente il pregio principale del “digitale” per la estrema facilità di lettura. Oltre a quanto anzi detto di seguito consideriamo alcuni pregi e difetti caratteristici del tester digitale confrontato con l’analogico. PREGI Non è necessario alcun azzeramento preliminare nella misura di resistenza. La pila interna che nel tempo risulta scarica, viene segnalata appositamente sul display dello strumento. Non ha necessità del rispetto delle polarità elettriche quando si misura tensione o corrente in c.c. Ha una resistenza interna molto elevata, ai fini di misure di tensione in genere. Presenta i decimali del valore numerico misurato direttamente sul display con virgola fluttuante. Ha più varietà di grandezze misurabili oltre ad avere la possibilità di controlli particolari come prova di: diodi o transistor, continuità… DIFETTI Usa sempre la pila per qualsiasi misura venga eseguita. Non da un’idea immediata dell’andamento del valore che si sta misurando. Può risultare più delicato ai sovraccarichi di corrente o ai picchi di tensione. Spesso ha un commutatore per la selezione delle portate o grandezze da misurare. Esempio di tester digitale e tester analogico: 106 Esempio di misurazione di una resistenza: Esempio di misurazione di una tensione: 107 VERIFICHE DA EFFETTUARSI IN LABORATORIO Le verifiche sono realizzate tramite esercitazioni pratiche realizzate in laboratorio inerenti a ciascun argomento trattato, seguite da una relazione tecnica dettagliata. Verifiche consigliate: 1. Impianto luce comandato da un punto. 2. Impianto luce comandato da un punto con presa. 3. Impianto luce comandato da 2 punti con deviatore. 4. Impianto luce comandato da 3 punti con deviatore e invertitore. 5. Impianto luce con commutazione di un gruppo di lampade. 6. Impianto luce comandato da 5 punti. 7. Impianto di segnalazione con segnalazione acustico-visiva a comando reciproco. 8. Impianto per richiesta udienza. 9. Impianto relè a cartellino o luminoso. 10. Impianto luce con relè interruttore da più posti (ad eccitazione separata e comune). 11. Impianto luce con relè commutatore da più posti per due gruppi di lampade (ad eccitazione separata e comune). 12. Impianto luce con relè luci scale comandato da più posti. 13. Impianto luce con relè crepuscolare. 14. Impianto con lampada fluorescente rettilinea comandata da 2 punti. 15. Impianto di inserzione e disinserzione di una lampada tramite relè temporizzatore elettromeccanico. 16. Progettazione e realizzazione di un impianto completo di una abitazione civile. Tempo medio consigliato per ciascuna prova 240 minuti. 108 LEGGI E DECRETI UTILI Decreto Legge 22 gennaio 2008 n.37 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 BIBLIOGRAFIA Pasquale Frisone, Officina impianti elettrici, Bergamo, San Marco, 1988. Giuseppe Durano, Disegno di impianti elettrici per gli Istituti Professionali, Firenze, Sansoni, 1989. Giorgio Valdes, Installazioni elettriche ed elettroniche, Bologna, Calderini, 1992. Marino Pirini, Tecnica Professionale, Bologna, Calderini, 1994. V. Savi – P. Nasuti, Tecnica Professionale Elettrotecnica laboratorio ed esercitazioni pratiche, Bologna, Calderini, 2000. A. Carboni – V. Moretto – G. Musso, Esercitazioni Pratiche, Brescia, La Scuola, 2001. G. Ortolani – E. Venturini, Esercitazioni Pratiche, Milano, Hoepli, 2001. Me/Di Sviluppo, Tecnologia Meccanica e laboratorio Tecnologico, Firenze, Giunti Scuola, 1997. Revisione 2015 120
