Impianti Elettrici
Esame di Stato 2009
Esame di Stato di Istituto Tecnico Industriale
Indirizzo: Elettrotecnica ed Automazione
Tema di: Impianti Elettrici
Testo:
Un complesso residenziale comprende le seguenti utenze:
• cinque villette con box auto separato e giardino privato, potenza contrattuale di ognuna 6
kW;
• un’area condominiale con viale a percorrenza carrabile e pedonale, potenza di illuminazione
2 kW;
• un campo da tennis, potenza illuminazione 3,6 kW ;
• una centrale idrica, potenza assorbita 2 kW ;
• un cancello elettrico, potenza assorbita 450 W ;
• impianti ausiliari, potenza assorbita 300 W ;
Dalla planimetria del complesso si rileva che lunghezza dei montanti, tra i contatori di energia e i
quadri elettrici delle villette, sono variabili tra 35 e 100 m, mentre la lunghezza del montante tra il
contatore servizi comuni e il quadro elettrico del campo da tennis è di 100 m.
Il candidato, fatte le eventuali ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie, stabilite le caratteristiche
generali del progetto e disegnato lo schema unificare a blocchi della distribuzione elettrica,
determini:
1. la potenza contrattuale dei servizi comuni e il relativo schema unificare del quadro
elettrico giustificando i criteri di scelta delle apparecchiature presenti nello schema
proposto;
2. le caratteristiche dei montanti che alimentano i quadri elettrici delle villette e il quadro
elettrico del campo da tennis;
3. la costituzione e le caratteristiche dell’impianto di terra del complesso.
Inoltre il candidato, dopo aver disegnato lo schema del quadro elettrico di una villetta, giustifichi i
criteri di scelta delle apparecchiature presenti nello schema proposto.
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Svolgimento
Generalità dell’impianto
Lo schema a blocchi dell’impianto è il seguente:
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Valutiamo ora la Potenza massima dei servizi comuni
Ptot= 2000+ 3600+2000+450+300= 8350W
Considerando i coefficienti di utilizzazione e contemporaneità delle varie utenze, assumendo Kc=1
per tutte le utenze otteniamo:
Pillumin.= 2000x1x0,8=1600W
P c. Tennis= 3600x1x0,6= 2160W
Pcent. Idrica= 2000x1x0,7= 1400W
Pcancello= 450x1x 0,7= 315W
Pausiliari= 300x1x0,7= 210W
I coefficienti Ku vengono scelti da manuale o assunti secondo opportune valutazioni.
Risulta quindi una potenza per le utenze comuni pari a P= 1600+2160+1400+315+210= 5685W .
Si assume una potenza contrattuale pari a 6 kW +10%
Le varie utenze assorbono rispettivamente
Impianto luci
Campo tennis
Centrale idrica
Cancello
Ausiliari
I= 2000/(√3 400 0,9) = 3,2 A distribuzione trifase
I= 3600/(√3 400 0,8) = 6,5A distribuzione trifase
I= 2000/(230 0,9) = 10A distribuzione monofase
I= 450/(230 0,9) = 2,17A distribuzione monofase
I= 300/(230 0,9) = 1,45A distribuzione monofase
Il Quadro Generale può essere così riassunto:
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Per il campo da tennis risulta:
Ib= 6,5A
(corrente di impiego)
Supponendo una caduta di tensione percentuale del 2% risulta una ∆V= 8V e quindi si ricava una
caduta di tensione unitaria pari a
u= 8/(100x 6,5)= 12,32 mV/A*m
Da manuale risulta per i cavi multipolari trifase u’= 3,73 mV/A*m e quindi si ricava un cavo di
sezione di 4 mm2 in grado di portare la corrente richiesta dal carico.
Si potrebbe utilizzare un cavo multipolare tipo FG7-OR adatto per posa interrata. Il cavo sarà posto
ad una profondità pari a 80 cm.
Le villette hanno, vista la potenza contrattuale, un assorbimento massimo pari a
Imax = 6600/(230x0,9)= 32A
Volendo garantire sulle dorsali una ∆V%= 3% e quindi una ∆V= 6,9V si ricava la sezione del cavo
multipolare da utilizzare.
Per la villetta più distante, posta a 100m dal gruppo di misura, risulta
u= 6,9/(100x 32) = 2,15mV/A*m .
Da manuale si ricava u’= 1,55 mV/A*m e quindi una sezione di 25 mm2 .
Per le villette poste alla distanza minima di 35 m risulta:
u= 6,9/(35x 32) = 6,16 mV/A*m .
Da manuale si ricava u’= 3,735 mV/A*m e quindi una sezione di 10 mm2. Dalle tabelle relative alla
portata dei cavi si verifica che tali sezioni hanno una portata Iz > Ib delle singole unità abitative.
Le 5 linee, alloggiate in cavidotti interrati e posti ad una profondità di 80 cm saranno realizzate in
cavo multipolare tipo FG7-Or adatto per posa interrata.
Per ciascuna villetta il quadro è così composto:
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Scelta delle apparecchiature
Protezione dai contatti diretti:
La protezione da realizzare sarà di tipo totale, cioè adeguata ad un ambiente con presenza di
personale non addestrato. Tale protezione viene realizzata attraverso l'isolamento delle parti attive
con isolanti di adeguato grado di isolamento e con l'utilizzo di involucri con grado di protezione.
Abbiamo individuato come minimo il grado IP2X (oppure IPXXB) e, per le parti superficiali
superiori degli involucri accessibili, il grado minimo IP4X (oppureIPXXD). Gli interruttori
differenziali costituiscono una protezione addizionale per i contatti indiretti. Per i servizi sarà
previsto un collegamento equipotenziale supplementare e l'utilizzo di dispositivi differenziali ad alta
sensibilità (0,03A).
Protezione dai contatti indiretti:
Essendo il sistema di distribuzione di tipo TT la protezione viene realizzata coordinando i
dispositivi d'interruzione dell'alimentazione presenti sulle varie linee (interruttori con dispositivo
sganciatore differenziale) con l'impianto di terra dell'edificio. Affinchè tale protezione sia efficace,
la resistenza dell'impianto di terra dell'edificio dovrà rispettare la nota disequazione RE < 50/0,03
(dove RE è la resistenza di terra e 50V è la tensione di contatto limite convenzionale e 0,03A è la
maggiore corrente d'intervento differenziale presente nell'impianto). Per alcune parti dell'impianto
la protezione può anche essere realizzata utilizzando componenti a doppio isolamento. Tutte le
masse e le masse estranee dovranno essere collegate all'impianto di terra.
Criteri di scelta delle apparecchiature di manovra e protezione presenti nei quadri:
Per le apparecchiature di manovra la scelta è individuata dalla tensione nominale, dal numero di
poli e dalla corrente nominale (In > Ib).
Per gli interruttori magnetotermici si dovrà rispettare la nota disequazione:
Ib ≤ In ≤ Iz
per la protezione dal sovraccarico e le seguenti disequazioni:
Icn (potere d'interruzione) ≥ Icc (nel punto d'installazione)
e
I²*t < (K*S)²
per la protezione dal corto circuito. Il potere d'interruzione nel nostro caso sarà di 6kA per gli
interruttori del quadro generale e di 4,5kA per gli interruttori degli altri quadri dato che il montante
più le linee di collegamento tra il quadro generale e i sottoquadri determinano una riduzione della
corrente di corto circuito ad un valore inferiore a 4,5kA.
La corrente d'intervento differenziale per i magnetotermici differenziali sarà di 30mA per tutte le
linee.
La scelta dei diversi interruttori sarà realizzata anche tenendo conto della selettività di intervento
che si vuole realizzare sia amperometrica sia cronometrica. Quindi per quanto possibile gli
interruttori a monte avranno tempi d'intervento e correnti d'intervento maggiori di quelli a valle.
Impianto di terra
Una possibile configurazione dell’impianto di terra è quella seguente:
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•
Elemento disperdente costituito da n. 3 dispersori a picchetto da installare sul retro delle
villette, parallelamente alle pareti degli edifici, a distanza di circa 15 m l’uno dall’altro, del
tipo a picchetto massiccio; in rame, di lunghezza minima 1,5 m , diametro 18 mm .
•
Conduttore di terra per il collegamento dei dispersori, da costituire mediante un cavo
unipolare in rame di sezione 16 mm2 da posarsi entro una tubazione interrata.
•
Conduttore di terra per il collegamento tra il dispersore centrale e il collettore generale di
terra, avente le medesime caratteristiche del conduttore indicato precedentemente.
•
Collettore generale di terra da porre in un locale quadro, costituito da una barra conduttrice
con morsetti.
•
Conduttore equipotenziale principale (EQP) per il collegamento tra il collettore e le
tubazioni metalliche dell’acqua potabile, da portare all’interno del locale della centrale
idrica per la connessione a valle del contatore dell’acqua; tale sezione sarà non inferiore a ½
di quella del conduttore di protezione principale, con un minimo di 1,5 mm2 .
Per il calcolo della resistenza dell’impianto di terra si possono fare le seguenti ipotesi (i dati sono
ottenibili dai manuali):
•
resistività del terreno: 200 Ω
•
resistenza di ciascun dispersore verticale a picchetto (lunghezza 1,5 m e diametro 18 mm2 ):
112 Ω
•
resistenza equivalente dei 3 picchetti elettricamente indipendenti : 112 / 3 = 38 Ω .
Per gli ambienti ordinari dei sistemi TT usiamo come dispositivo d’interruzione un interruttore
differenziale; rispettando la condizione RA*Idn ≤ 50 Ω (RA è la resistenza totale tra la massa e il
punto convenzionale a potenziale zero, comprensiva della resistenza di terra) e imponendo 30 mA il
massimo valore di Idn , si ricava dalla relazione precedente che RA ≤ 1660 Ω , condizione
ampiamente verificata con RE = 38 Ω , dato che RA è solo di poco superiore a RE per il basso valore
della resistenza dei conduttori di terra e di protezione.
Commento
Quesito di difficoltà media; testo comprensibile, risoluzione abbastanza scorrevole, tuttavia risulta
non facilissimo da completare nel tempo assegnato.
Le tematiche sono utili, e riconducibili a quelle tipiche di una classe Quinta di un Istituto Tecnico
Industriale – Indirizzo Automazione, svolte durante il Corso di Impianti Elettrici.
Prof. Angelo Fuochi
Docente di Elettrotecnica
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