Fondamenti di impianti elettrici. Corso di Elettrotecnica per
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Fondamenti di impianti elettrici. Corso di Elettrotecnica per ingegneria civile Maurizio Monticelli Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE 1 Sommario Effetti della corrente sul corpo umano Grado di protezione Protezione dai contatti diretti ed indiretti Protezione dalle sovracorrenti Apparecchiature di protezione dai contatti diretti, indiretti e dalle sovracorrenti Dimensionamento dell’impianto di terra Cantieri edili Bagni 2 Effetti della corrente sul corpo umano Tetanizzazione Effetti fisiopatologici della corrente elettrica sul corpo umano Arresto della respirazione Ustioni Fibrillazione Ventricolare 3 Effetti della corrente sul corpo umano Soglia di Percezione Corrente alternata oltre 10kHz Corrente continua Correnti superiori a 2 mA Corrente alternata da 15 a 100 Hz Circa 0,5 mA Corrente alternata da 100Hz a 1kHz Corrente alternata da 1kHz a 10kHz Per frequenze comprese fra 10 e 100 kHz la soglia di percezione aumenta approssimativamente da 10 a 100 mA. Per frequenze superiori a 100 kHz la sensazione di formicolio cambia in sensazione di calore per intensità di corrente nell’ordine di alcune centinaia di milliampere 4 Effetti della corrente sul corpo umano Soglia di rilascio Corrente continua Correnti superiori a 300 mA Corrente alternata da 15 a 100 Hz Circa 10 mA (o Tetanizzazione) Corrente alternata da 100Hz a 1kHz Corrente alternata oltre 10kHz Corrente alternata da 1kHz a 10kHz Per frequenze superiori a 100kHz non ci sono né dati sperimentali né incidenti riportati relativi alla soglia di rilascio 5 Effetti della corrente sul corpo umano Arresto della Respirazione Correnti superiori alla “corrente di rilascio” o “tetanizzazione” producono nell’infortunato difficoltà di respirazione e segni di asfissia: il passaggio della corrente determina una contrazione dei muscoli addetti alla respirazione o una paralisi dei centri nervosi che sovranitendono alla funzione respiratoria; se la corrente perdura l’infortunato perde conoscenza e può morire soffocato. Il 6% delle morti per folgorazione è dovuta ad asfissia, risulta pertanto importante la tecnica della respirazione artificiale da praticare al massimo entro 3÷4 minuti dall’infortunio. 6 Effetti della corrente sul corpo umano Ustioni Il passaggio di corrente elettrica su una resistenza è accompagnato da sviluppo di calore per effetto Joule; il corpo umano non fa eccezione a questa regola generale. L’aumento della temperatura dipende dal quadrato della densità di corrente e dal tempo per cui fluisce la corrente attraverso il corpo umano, pertanto le ustioni peggiori si hanno sulla pelle in quanto presenta una resistività (tipo di tessuto) e di densità di corrente (punto di contatto) maggiore rispetto agli altri organi interni. Le ustioni da folgorazione sono le più profonde e le più difficili da guarire. Quando le ustioni sono estese la morte sopravviene spesso per insufficienza renale. 7 Effetti della corrente sul corpo umano Fibrillazione Ventricolare Come è noto fin dalle esperienze di Galvani la corrente elettrica viene utilizzata dal nostro organismo al fine di coordinare i movimenti e le principali funzioni vitali tramite la stimolazione e conseguente contrazionerilascio dei muscoli. Il muscolo cardiaco non fa eccezione a questa regola, pertanto se una corrente elettrica si sovrappone agli impulsi interni di origine biologica può determinare uno shock tale da innescare la “fibrillazione ventricolare” ovvero “Pulsare disordinato e irregolare del muscolo cardiaco che determina la completa avaria dello stesso e l’annullamento della pressione sanguigna”. La Fibrillazione Ventricolare non sempre è irreversibile (cioè che non si arresta anche se cessa la causa che l’ha prodotto ma prosegue fino alla morte dell’infortunato) poiché applicando una scarica elettrica violenta con due elettrodi sul torace (defibrillatore) è possibile in molti casi arrestare la stessa e ripristinare quindi la piena funzionalità del muscolo cardiaco. 8 Effetti della corrente sul corpo umano Curve di Sicurezza Effetti fisiologici - [Corrente-Tempo] in c.a. 9 Effetti della corrente sul corpo umano Curve di Sicurezza Tensione-Tempo Le curve di sicurezza su cui si basano tutti i parametri contenuti nella Norma CEI 64-8 relativi alla protezione dai contatti indiretti sono state elaborate ipotizzando: Resistenza complessiva del corpo umano in condizioni ordinarie: 1500 Ω Resistenza complessiva del corpo umano in condizioni particolari: 700 Ω Limiti di sicurezza: curva corrente-tempo, zona 3 10 Grado di protezione La Norma CEI 70-1 descrive un sistema di classificazione dei gradi di protezione IP relativo agli involucri di macchine, apparecchi e componenti elettrici. Essa si occupa degli involucri in relazione a quanto in essi contenuto, con riferimento a: •a)la protezione delle persone contro l'accesso alle parti pericolose interne all'involucro (Tab.1); •b)la protezione dell'apparecchiatura all'interno dell'involucro contro la penetrazione di corpi solidi estranei (Tab.2); •c)la protezione dell'apparecchiatura all'interno dell'involucro contro gli effetti dannosi provocati dalla penetrazione dell'acqua (Tab.3); La prima cifra prevede sia la prova relativa alla protezione contro l’accesso a parti pericolose (lettera a)) congiuntamente a quella relativa alla penetrazione di corpi solidi estranei (lettera b)). Nell’eventualità che l’involucro per quanto riguarda la prova relativa all’accesso a parti pericolose presenti una protezione maggiore a quella corrispondente alla prima cifra, è possibile utilizzare una delle lettere addizionali corrispondenti riportate nella Tab.1. La seconda cifra è relativa alla protezione dalla penetrazione di acqua. 11 Grado di protezione - Tab.1 Protezione contro l’accesso a parti pericolose. a 1 cifra caratteristica Lettera addizionale Protezione delle persone al contatto con 1 A 2 B 3 C 4-5-6 D Il dorso della mano Le dita Attrezzi piccoli Fili, aghi, chiodi Dito di prova ∅12 mm Filo rigido ∅2,5 mm con sfera di fermo Luoghi dove si usano piccoli utensili (cacciaviti) Filo rigido ∅1 mm con sfera di fermo Luoghi dove si usano oggetti filiformi Calibro di prova Sfera ∅50 mm Impiego consentito Luoghi chiusi (accessibili solo a persone autorizzate) Luoghi accessibili anche a persone non addestrate 12 Grado di protezione - Tab.2 Protezione contro la penetrazione di corpi solidi. a 1 cifra caratteristica 0 Protezione contro l’ingresso dei corpi solidi Nessuna Mezzo di prova Nessuno Impiego consentito In involucri 1 2 Corpi solidi Corpi solidi con dimensione con dimensione minima minima superiore a superiore a 50 12,5 mm mm 3 4 5 6 Corpi filiformi con diametro superiore a 2,5 mm Corpi filiformi con diametro superiore a 1 mm Polvere (protezione parziale) Polvere (protezione totale) Camera a circolazione di talco Sfera ∅ 50 mm Sfera ∅ 50 mm + dito di prova Filo rigido ∅ 2,5 mm Filo rigido ∅ 1 mm Camera a circolazione di talco Luoghi chiusi (accessibili solo a persone autorizzate ed addestrate) Luoghi ordinari con presenza solo di oggetti grossolani Luoghi ordinari con presenza anche di oggetti filiformi di medie dimensioni Luoghi ordinari con presenza anche di oggetti filiformi di piccole dimensioni Luoghi Luoghi occasionalment permanenteme nte polverosi e polverosi 13 Grado di protezione - Tab.3 Protezione contro la penetrazione dell’acqua. a 2 cifra caratteristica Protezione contro la penetrazione di acqua Mezzo di prova 0 1 2 Di condensa (caduta di Di condensa gocce con Nessuna (caduta di gocce verticali) angolo fino a 15°) Nessuno Gocciolatoio Impiego consentito 3 A pioggia con angolo fino a 60° dalla verticale Spruzzatore dall’alto Gocciolatoio In ambienti Luoghi In ambienti umidi con esposti alla umidi con componente In pioggia ma componente in in posizione ambienti non agli posizione non asciutti spruzzi dal verticale perfettamente basso predeterminata verticale 4 5 6 7 8 A spruzzo da tutte le direzioni Getti da tutte le direzioni Protezione d’acqua mareggiate Immersione temporanea Immersione permanente Spruzzatore rotante a 360° Lancia ∅ 6,3 mm portata 12,5 l/min Luoghi esposti alla pioggia e agli spruzzi Luoghi soggetti a lavaggio con getti d’acqua di media potenza Lancia ∅ 12,5 mm portata 100 l/min Secondo accordi clientecostruttore In vasca con 1 m di battente d’acqua Luoghi soggetti a Luoghi soggetti a inondazioni lavaggio temporanee o Funzionalità a energico e subacquea sommersione a maraggiate sotto la neve per lunghi (moli) periodi 14 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Impianto Elettrico Complesso di componenti elettrici, anche a tensioni nominali di esercizio diverse, destinato ad una determinata funzione. Impianto di Terra Insieme dei dispersori, dei conduttori di terra, dei collettori, (o nodi) di terra e dei conduttori di protezione ed equipotenziali destinato a realizzare la messa a terra di protezione e/o di funzionamento. Legenda: DA: dispersore artificiale DN: dispersore naturale CT: conduttore di terra MT: collettore di terra PE: conduttore di protezione EQP: conduttori equipotenziali principali EQS: conduttori equipotenziali supplementari A-B: masse 2,3,4,5,6: masse estranee 15 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Dispersore Corpo metallico, o complesso di corpi metallici, posto in intimo contatto con il terreno e che realizza il collegamento elettrico di terra. Conduttore di terra Conduttore, non in intimo contatto con il terreno, destinato a collegare i dispersori fra loro e al collettore (o nodo) principale di terra. Conduttore di protezione Conduttore che va collegato ad una massa per la protezione contro i contatti indiretti. Collettore o nodo di terra Elemento dell’impianto di terra nel quale confluiscono i conduttori di terra, di protezione, di equipotenzialità, ed eventualmente di neutro. Massa Parte conduttrice, facente parte dell'impianto elettrico, che può essere toccata e che non è in tensioni in condizioni ordinarie di isolamento, ma che può andare in tensione in caso di un cedimento dell'isolamento principale (es. carcassa di un motore elettrico, involucro metallico di un apparecchio). Massa estranea Parte conduttrice che non fa parte dell'impianto elettrico, che può introdurre il potenziale di terra. In casi particolari si considerano masse estranee quelle suscettibili di introdurre altri potenziali (es. tubazioni idriche, del gas, del riscaldamento ecc.).L’attuale normativa considera masse estranee le parti metalliche che presentano una resistenza inferiore a 1000 Ω negli ambienti ordinari e 200 Ω negli ambienti particolari (locali uso medico, cantieri edili, ambienti uso zootecnico). 16 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Parte attiva Contatto Diretto Condizione elettrica di un oggetto o di una parte da cui può essere derivata una corrente di contatto (scossa elettrica) pericolosa. Poiché i prodotti isolanti quali vernici, lacche e simili non sono idonei a garantire la sicurezza delle persone, una parte conduttrice ricoperta di tali prodotti è da considerare attiva. Si verifica quando con una parte del corpo entra in contatto con una parte di impianto normalmente in tensione. Contatto Indiretto Si verifica quando con una parte del corpo si entra in contatto con una massa o con una parte conduttrice connessa con la massa, durante un guasto d'isolamento. Tensione di contatto Tensione alla quale può essere soggetto il corpo umano in contatto con parti simultaneamente accessibili (escluso le parti attive) durante il cedimento di un isolamento 17 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Sistema TT Il sistema elettrico TT ha il neutro messo direttamente a terra e le masse collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente da quello del neutro, Di fatto il sistema è ritenuto TT anche quando l’impianto di terra del neutro e delle masse non sono elettricamente indipendenti, come in genere avviene quando la cabina MT/BT dell’Ente distributore è inglobata nello stesso edificio degli impianti utilizzatori. Sistema TN Il sistema TN ha in neutro messo direttamente a terra e le masse dell’installazione connesse a quel punto per mezzo del conduttore di protezione. Si distinguono i seguenti tipi di sistemi TN, secondo che i conduttori di neutro e di protezione siano separati o meno. TN-S: i conduttori di neutro e di protezione sono separati; TN-C: le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in un solo conduttore (conduttore PEN); TN-C-S: le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in un solo conduttore e in parte separate. Sistema IT Il sistema elettrico IT ha il neutro isolato o a terra tramite un’impedenza, mentre le masse sono collegate a terra. 18 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Componente di classe I Componente dotato di isolamento principale e provvisto di un dispositivo per il collegamento delle masse a un conduttore di protezione. Componente di classe II Componente dotato di doppio isolamento o di isolamento rinforzato e non provvisto di alcun dispositivo per il collegamento a un conduttore di protezione. Componente di classe III Componente ad isolamento ridotto perché destinato ad essere alimentato esclusivamente da un sistema a bassissima tensione di sicurezza (SELV), e nel quale non si generano tensioni di valore superiore a quello di tale sistema. 19 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Introduzione Protezione contro i contatti diretti ed indiretti (CEI 64-8/4) Protezione dai contatti diretti + = Protezione dai contatti indiretti Protezione combinata: Bassissima Tensione (SELV-PELV-FELV) Protezione combinata: Limitazione della corrente e/o della carica elettrica Isolamento delle parti attive Involucri o barriere Interruzione automatica dell’alimentazione Ostacoli Componenti di classe II o con isolamento equivalente Distanziamento Luoghi non conduttori Protezione addizionale: Collegamento equipotenziale non connesso a terra Interruttori differenziali ad alta sensibilità (Idn ≤30mA) Separazione elettrica 20 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione combinata Protezione combinata: Bassissima Tensione (SELV-PELV-FELV) SELV e PELV FELV (Safety Extra Low Voltage) -(Protection Extra Low Voltage) (Functional Extra Low Voltage) Tensioni di alimentazione: ≤ 50V c.a. e ≤ 120 V c.c.(non ondulata) Sorgenti di alimentazione: Trasformatore di sicurezza (CEI 96-2) - Motore-generatore - Sorgente elettrochimica (batteria) - Dispositivi elettronici (conformi a norme appropriate, con tensioni ai morsetti inferiori a 50 V c.a. e 120 c.c., anche in caso di guasto). Installazione dei circuiti: Separazione tra i circuiti dei sistemi SELV e PELV e gli altri circuiti: a) conduttori separati materialmente; b) conduttori (SELV-PELV) muniti di guaina; c) conduttori degli altri circuiti con schermo o guaina metallica collegata a terra; d) conduttori SELV-PELV isolati per la massima tensione presente. Prese a spina: le prese e le spine dei circuiti SELV-PELV non devono poter essere intercambiabili nè fra loro nè con quelle di altri sistemi. Protezione contro i contatti diretti: La protezione dai contatti dirette deve essere fornita da: - barriere o involucri con grado di protezione IPXXD per le superfici superiori orizzontali a portata di mano, IPXXB in tutti gli altri casi; - un isolamento corrispondente alla tensione minima richiesta per il circuito primario (oppure 1500 V per 1 min.). Protezione contro i contatti indiretti: La protezione dai contatti indirette deve essere assicurata dal collegamento delle masse dei componenti dei circuiti FELV, al conduttore di protezione del circuito primario. E’ inoltre necessario verificare che una misura di protezione mediante interruzione automatica dell’alimentazione sia applicata al circuito primario. Circuiti SELV Circuiti PELV Prese a spina: Le parti attive e le masse non devono essere collegate a terra o a masse estranee. Per tensioni inferiori a 25 V in c.a. e 60 V in c.c. (non ondulata) non è necessaria la protezione dai contatti diretti, altrimenti è necessario prevedere un grado di protezione IPXXB oppure da un isolamento che sopporti una tensione di prova di 500 V per 1 minuto. La protezione dai contatti diretti deve essere assicurata da un grado di protezione IPXXB oppure da un isolamento che sopporti una tensione di prova di 500 V per 1 minuto. La protezione dai contatti diretti è assicurata se il componente elettrico è posto entro la zona di influenza di un collegamento equipotenziale e se la tensione non supera: - 25 V in c.a. oppure 60 V in c.c. (non ondulata) per ambienti asciutti e non si prevedono contatti estesi di parti attive con il corpo umano; - 6 V in c.a. oppure 15 V in c.c. (non ondulata) in tutti gli altri casi. Le prese a spina dei circuiti FELV non devono poter essere intercambiabili con quelle di altri sistemi 21 Protezione dai contatti diretti ed indiretti Protezione dai contatti diretti Isolamento delle parti attive Finalità Impedire qualsiasi contatto con parti attive. Modalità Parti attive completamente ricoperte con un isolamento che possa essere rimosso solo mediante distruzione (non sono considerati rivestimenti isolanti, se non in casi particolari, lacche, vernici, ecc.) 22 Protezione dai contatti diretti ed indiretti Protezione dai contatti diretti Involucri o barriere Finalità Impedire il contatto con parti attive. Tutte le parti attive devono essere protette con involucri o barriere tali da assicurare un grado di protezione minimo IPXXB (inaccessibilità al dito di prova) Modalità Le superfici superiori orizzontali delle barriere o degli involucri che sono a portata di mano devono avere un grado di protezione minimo IPXXD (inaccessibilità al filo di prova) La rimozione di involucri o barriere deve essere possibile solo con l’uso di una chiave o di un attrezzo oppure mediante sezionamento delle parti attive interbloccato con la portella di accesso 23 Protezione dai contatti diretti ed indiretti Protezione dai contatti diretti Protezione addizionale: Interruttori differenziali ad alta sensibilità (Idn≤30mA) Finalità Modalità protezione contro gli incendi dovuti a difetti d’isolamento che diano luogo a piccole correnti verso terra; protezione dai contatti diretti in caso di insuccesso delle altre misure di protezione; ridurre i tempi di interruzione dell’alimentazione in caso di protezione dai contatti indiretti in ambienti o situazioni ove si ipotizza un valore della resistenze del corpo umano inferiore a quella prevista per gli ambienti ordinari (es. bagni, piscine, cantieri edili, locali agricoli, locali ad uso medico, ecc.). Impiego di interruttori differenziali con corrente differenziale nominale inferiore o uguale a 30 mA. 24 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti Interruzione automatica dell’alimentazione SISTEMI TN Metodo di protezione Collegamento delle masse e delle masse estranee al conduttore di protezione (PE) + coordinamento fra il valore dell'impedenza del circuito di protezione e la corrente d'intervento del dispositivo di interruzione automatica (fusibile, interruttore automatico o interruttore differenziale). Relazioni da verificare Per i sistemi TN deve essere rispettata la seguente relazione: Zs • Ia ≤ Uo; dove: Zs = impedenza anello di guasto; Ia = corrente d'intervento del dispositivo di protezione; Uo = tensione verso terra. essendo: Zs • IG= Uo; dove: IG= corrente di guasto verso terra deve essere quindi rispettata la seguente relazione: IG ≥ Ia Tempi di intervento Tempo di intervento massimo del dispositivo di protezione: [0,4 o 0,2 s (rispettivamente per ambienti ordinari o particolari)per Uo = 230 V] Circuiti terminali che alimentano prese a spina, apparecchi mobili,portatili o trasportabili di classe I. [5 s] Circuiti di distribuzione e circuiti terminali che alimentano solo componenti elettrici fissi a condizione che se altri circuiti terminali che richiedono un tempo di interruzione ridotto (0,4 o 0,2 s per Uo =230 V) sono collegati al quadro di distribuzione o al circuito di distribuzione che alimenta quel circuito terminale, sia soddisfatta una delle seguenti condizioni: l'impedenza del conduttore di protezione tra il quadro di distribuzione ed il punto nel quale il conduttore di protezione è connesso al collegamento equipotenziale principale non sia superiore a (50 o 25) • Zs/Uo (Ω); esista un collegamento equipotenziale supplementare che colleghi al quadro di distribuzione localmente gli stessi tipi di masse estranee indicati per il collegamento equipotenziale principale, e soddisfi le prescrizioni riguardanti il collegamento equipotenziale principale. 25 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti Interruzione automatica dell’alimentazione SISTEMI TT Metodo di protezione Realizzazione di un impianto di terra locale (con dispersori) e collegamento delle masse e masse estranee a tali dispersori + coordinamento fra il valore della resistenza di terra e la corrente d'intervento del dispositivo di interruzione automatica (fusibile, interruttore automatico o interruttore differenziale). Relazioni da verificare Per i sistemi TT deve essere rispettata la seguente relazione: Ra • Ia ≤ (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove: Ra = resistenza anello di guasto; Ia = corrente d'intervento dispositivo d'interruzione. Tempi di intervento Tempo di intervento del dispositivo di protezione: per gli interruttori automatici la "Ia" deve determinare un intervento istantaneo se il dispositivo è dotato di sganciatori istantanei (magnetici o differenziali) , oppure entro 5 s se dotato di sganciatori a tempo inverso (termici); nei circuiti di distribuzione è ammesso l'uso di interruttori differenziali di tipo "S" con tempo di ritardo massimo di 1s. 26 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti Interruzione automatica dell’alimentazione Metodo di protezione Primo Guasto Secondo Guasto SISTEMI IT Parti attive isolate da terra mediante trasformatore con il circuito secondario non collegato a terra, collegamento a una terra locale delle masse + dispositivo di controllo d'isolamento per segnalare il primo guasto a terra + coordinamento fra il valore della resistenza di terra e la corrente d'intervento del dispositivo di interruzione automatica (fusibili, interruttori automatici) per eliminare il secondo guasto a terra. Primo guasto: Ra • Id ≤ (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove: Ra = resistenza del/i dispersore/i di terra; Id = corrente di 1° guasto. Secondo guasto: per Un = 230/400 V, il dispositivo deve intervenire entro 0,8 s (0,4 s per ambienti particolari) se il neutro è distribuito ed entro 0,4 s (0,2 s per ambienti particolari) se il neutro non è distribuito. 27 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti Componenti di classe II o con isolamento equivalente Finalità Impedire il manifestarsi di una tensione pericolosa sulle parti accessibili di componenti elettrici a seguito di un guasto sull’isolamento principale. Impiego di componenti elettrici costruiti a doppio isolamento e contrassegnati dal segno grafico: Modalità Impiego di condutture elettriche costituite da: cavi con guaina non metallica avente tensione maggiore di un gradino rispetto a quella necessaria per il sistema elettrico servito e che non comprendano un rivestimento metallico; cavi unipolari senza guaina (cordicelle) installati in tubo protettivo o canale isolante rispondente alle relative norme; cavi con guaina metallica avente isolamento idoneo per la tensione nominale del sistema elettrico servito, tra la parte attiva e la guaina metallica e tra questa e l’esterno. Gli eventuali involucri o canalizzazioni metalliche contenenti esclusivamente componenti a doppio isolamento non necessitano del collegamento a terra. 28 Protezione dalle sovracorrenti - Definizioni Sovracorrente Corrente di sovraccarico (di un circuito) Corrente di cortocircuito (franco) Corrente nominale (In) (di un dispositivo di protezione) Corrente convenzionale di non funzionamento (Inf) (di un dispositivo di protezione) Corrente convenzionale di funzionamento (If) Corrente che supera il valore nominale; per le condutture il valore nominale è la portata. Una sovracorrente può essere determinata da un sovraccarico o da un cortocircuito. Sovracorrente che si verifica in un circuito elettricamente sano Sovracorrente che si verifica in seguito a un guasto di impedenza trascurabile fra due punti fra i quali esiste tensione in condizioni ordinarie di esercizio Corrente assegnata dal costruttore, che il dispositivo di protezione è destinato a portare in servizio ininterrotto ad una temperatura ambiente di riferimento specificata (30° C) Valore specificato di corrente che il dispositivo di protezione è in grado di portare per un tempo specificato (tempo convenzionale) senza operare lo sgancio. Valore specificato di corrente che provoca l’intervento del dispositivo di protezione entro un tempo specificato, denominato tempo convenzionale (di un dispositivo di protezione) 29 Protezione dalle sovracorrenti - Definizioni Corrente di impiego (Ib) (di un circuito) Portata (Iz) (di una conduttura) Potere di cortocircuito (Pc) (chiusura ed interruzione) Corrente che può fluire in un circuito nel servizio ordinario. In regime permanente la corrente di impiego corrisponde alla più grande potenza trasportata dal circuito in servizio ordinario tenendo conto dei fattori di utilizzazione e di contemporaneità. In regime variabile si considera la corrente termicamente equivalente che, in regime continuo, porterebbe gli elementi del circuito alla stessa temperatura. Massimo valore della corrente che può fluire in una conduttura, in regime permanente ed in determinate condizioni, senza che la sua temperatura superi un valore specificato Componente alternata della corrente presunta, espressa nel suo valore efficace, che l’interruttore è concepito per stabilire, per portare per il suo tempo di apertura e per interrompere sotto condizioni specificate 30 Protezione dalle sovracorrenti - Sovraccarichi Devono essere protette dai sovraccarichi, le condutture che alimentano utenze, che possono in caso di guasto far circolare sulle medesime, correnti superiori alle portate delle condutture stesse. Tale dispositivo deve essere scelto in modo che la corrente nominale (In) del medesimo sia uguale o superiore alla corrente di impiego (Ib) e minore o uguale alla portata (Iz) della conduttura; inoltre la corrente di funzionamento (If) del dispositivo di protezione deve essere minore o uguale a 1,45 la portata (Iz) della conduttura stessa. In generale è vietato proteggere le condutture contro i sovraccarichi quando una improvvisa interruzione dell’alimentazione può generare pericolo (es.alimentazione luci di sicurezza, pompe antincendio, ecc.). (Ib ≤ In ≤ Iz) + (If ≤1,45 Iz) 31 Protezione dalle sovracorrenti - Corto circuiti Protezione contro i cortocircuiti: per la protezione contro i cortocircuiti è necessario installare un dispositivo di protezione tale che: a) abbia un potere di interruzione almeno uguale alla corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione: Pc ≥ Icc b) intervenga in un tempo inferiore a quello che porterebbe la temperatura dei conduttori, oltre il limite ammissibile, questa condizione si verifica con la seguente relazione: K2S2 ≥ I2t dove: (I2t) è l’integrale di Joule per la durata del corto circuito (in A2 s); S è la sezione dei conduttori (in mm2), se il corto circuito impegna conduttori di diversa sezione, per S si assume la sezione del conduttore di sezione inferiore; K è uguale a: 115 per i cavi in rame isolati in PVC; 135 per i cavi in rame isolati con gomma naturale e gomma butilica; 143 per i cavi in rame isolati con gomma etilenpropilenica e polietilene reticolato; 74 per i cavi in alluminio isolati in PVC; 87 per i cavi in alluminio isolati con gomma ordinaria, gomma butilica, gomma etilenpropilenica e polietilene reticolato; 115 corrisponde ad una temperatura di 160 °C, per le giunzioni saldate a stagno tra conduttori in rame 32 Protezione dalle sovracorrenti - Conclusioni Sovracorrenti Condizione valida per interruttori automatici in quanto: If = 1,45 In (interruttori per uso domestico) If = 1,20 In (interruttori per uso industriale) Condizione valida per fusibili con: In > 63A in quanto: If = 1,60 In Condizione valida per fusibili con: 25A < In ≤ 63A in quanto: If = 1,75 In Condizione valida per fusibili con: 5A ≤ In ≤ 25A in quanto: If = 1,9 In Condizione valida per fusibili con: In < 5A in quanto: If = 2,1 In = Sovraccarichi + Cortocircuiti Ib ≤ In ≤ Iz + If ≤1,45 Iz K2S2 ≥ I2t + Pc ≥ Icc In ≤ Iz In ≤ 0,906 Iz In ≤ 0,828 Iz In ≤ 0,763 Iz In ≤ 0,690 Iz NO Nota: quando la protezione dai sovraccarichi e dai cortocircuiti viene offerta da un dispositivo unico con corrente nominale (In) inferiore alla portata (Iz) della conduttura e potere di interruzione (Pc) superiore alla corrente di cortocircuito (Icc) presunta, non è necessario procedere alla verifica della relazione K2S2≥ I2t. 33 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Fusibili Descrizione I Fusibili sono delle apparecchiature che hanno il compito di proteggere i circuiti elettrici dalle sovracorrenti (sovraccarichi e cortocircuiti). In taluni specifici casi essi possono essere anche utilizzati nella protezione dai contatti indiretti. L’operazione di interruzione del circuito viene svolta mediante la fusione dell’elemento fusibile, questa azione viene svolta in due tempi: prearco e arco. 34 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Fusibili Costruzione e funzionamento Impulso termico di prearco: corrisponde alla minima energia necessaria per raggiungere il punto di fusione dell’elemento fusibile. Impulso termico dell’arco: corrisponde all’energia compresa fra la fine del prearco e la fusione totale, ovvero sviluppata durante lo spegnimento dell’arco. Nella figura a lato è riportato l’andamento della corrente in un fusibile limitatore: curva a: valore istantaneo della corrente di corto circuito presunta; curva b: valore istantaneo della corrente interrotta limitata; ICR: valore di cresta della corrente interrotta limitata; Ip: corrente di picco limitata; tpa: durata di pre-arco; ta: durata di arco; tf: durata di funzionamento. E’ importante considerare che l’impulso del prearco è sensibilmente costante (per ciascun tipo e calibro di fusibile), qualunque sia la corrente di guasto. La conoscenza del valore dell’impulso termico è indispensabile per determinare la selettività tra i vari sistemi di protezione serie. 35 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Fusibili Costruzione e funzionamento Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito Inizio del corto circuito (inizio della fase di prearco). Valore della corrente presunta di cortocircuito: 4000 A efficaci ovvero circa 10000 A di cresta Il cortocircuito si sviluppa: gli elementi fusibili si riscaldano, la temperatura della sezione ridotta sta per raggiungere i 1083 °C, punto di fusione del rame. Il cortocircuito risulta limitato (fine della fase di prearco): l’elemento fusibile sta per fondere e si divide in due parti; si crea un arco elettrico che può raggiungere i 2000 °C mentre la corrente continua a passare. 36 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Fusibili Costruzione e funzionamento Comportamento di un fusibile durante un cortocircuito L’arco elettrico fa fondere la sabbia e tutto l’elemento fusibile; la sabbia fondendo asporta calore, raffredda l’arco e aumenta la resistenza elettrica interna del fusibile. La corrente decresce rapidamente L’arco è spento; l’elemento fusibile è scomparso, la temperatura interna del fusibile è diminuita, la sabbia fusa si solidifica, la corrente non passa più. 37 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Fusibili Dati di Targa Simboli per targhe (fusibili limitatori di corrente). Simbolo Significato Corrente nominale. Valori preferenziali della corrente nominale: 2 –4 – 6 –8 –10 – 12 –16 – 20 – 25 – 32 – 40 –50 –63 –80 –100 – 125 – 160 – 200 – 250 –315 – 400 – 500 – 630 – 800 – 1000 – 1250 A. Caratteristica di intervento Corrente convenzionale di non fusione. Inf Valore di corrente che la cartuccia può portare durante il tempo convenzionale senza che si verifichi la fusione dell’elemento fusibile, essa è pari a 1,25 volte la corrente nominale. If Corrente convenzionale di fusione. Valore di corrente che provoca il funzionamento della cartuccia nel tempo convenzionale, essa è pari a 1,6 volte la corrente nominale. Tempo convenzionale: per fusibili 16 = In = 63: 1h; per fusibili 63 < In = 160: 2h; per fusibili 160< In = 400: 3h; per fusibili 400< In: 4h. Categorie di utilizzazione gG gM aM Fusibili con potere di interruzione a pieno campo (sovraccarico + cortocircuito) per uso generale. Fusibili con potere di interruzione a pieno campo (sovraccarico + cortocircuito) per la protezione dei circuiti di motori. Fusibili con potere di interruzione a campo ridotto (solo cortocircuito) per la protezione dei circuiti di motori (se è richiesta la protezione anche dai sovraccarichi occorre utilizzare in aggiunta uno specifico dispositivo di protezione es. relè termico. 38 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Fusibili Dati di Targa Simboli per targhe (fusibili miniatura). Simbolo Significato Corrente nominale. Da 2 mA a 10 A. FF F M T TT H L Caratteristica di intervento Fusione ultrarapida: trovano impiego per la protezione di sistemi con transistor, semiconduttori, diodi, ecc. Fusione rapida: vengono impiegati per la protezione di circuiti contro le sovracorrenti ed i cortocircuiti; è bene non inserirli in circuiti soggetti a sbalzi di corrente. Fusione semiritardata: l’utilizzazione di questo tipo di fusibile è consigliata per la protezione del secondario dei trasformatori e per tutte quelle apparecchiature che hanno piccoli sbalzi di corrente. Fusione ritardata: vengono impiegati per la protezione di apparecchiature dove sono frequenti sensibili sbalzi di corrente e trovano impiego per la protezione di motorini, trasformatori, condensatori, ecc. Fusione super-ritardata: vengono impiegati per la protezione di apparecchiature soggette a continui sbalzi di corrente e trovano impiego per la protezione di motori, trasformatori e condensatori, ecc. Categorie di utilizzazione Elevato potere di interruzione (1500A). Basso potere di interruzione (35A o 10In, prendendo il valore più alto) Esempio di dati di targa: F400H250V, cartuccia a fusione rapida (F) con corrente nominale di 400 mA ad elevato potere di interruzione (H) e tensione nominale di 250V. 39 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Interruttori automatici Descrizione L’interruttore automatico (o magnetotermico) viene utilizzato sia come dispositivo di manovra che come sistema di protezione dalle sovracorrenti. Gli interruttori automatici incorporano dei dispositivi (detti sganciatori) che azionano il meccanismo di sgancio e quindi l’apertura dei contatti quando la corrente del circuito su cui sono posti supera il valore prefissato (If). La protezione dai cortocircuiti è realizzata mediante l’uso di un elettromagnete mentre quella dai sovraccarichi è ottenuta impiegando un elemento termico detto bimetallo (o bilama) 40 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle Costruzione e sovracorrenti - Interruttori automatici funzionamento Intervento magnetico: la corrente di cortocircuito che percorre il circuito magnetico (v.fig. a lato) produce una forza che attrae un’ancora determinando l’apertura dei contatti. Intervento termico: la corrente di sovraccarico che attraversa la bilama (v.fig. a lato) determina un riscaldamento della stessa la quale si deforma fino a provocare l’apertura dei contatti. Spegnimento dell’arco: la camera di soffio dell’arco realizzata mediante setti separatori di materiale isolante costringe la scarica elettrica ad allungarsi e raffreddarsi determinando così la rapida estinzione della stessa. 41 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Interruttori automatici Dati di Targa Dati di targa per interruttori per uso domestico e similare Simbolo Significato Corrente nominale. (1) Valori della corrente nominale: 0,5 – 1 – 1,6 – 2 – 3 – 4 - (6) – 8 - (10) – (13) – (16) – (20) – (25) – (32) – (40) – (50) – (63) – (80) – (100) – (125) A. I valori fra parentesi sono preferenziali. Potere di cortocircuito nominale (ICN). (2) Valore del potere di cortocircuito estremo, esso rappresenta la corrente massima che l’interruttore può interrompere, successivamente non viene garantito che le caratteristiche elettriche ed in particolare la capacità di portare con continuità la sua corrente nominale rimangano inalterate. Il fattore K rappresenta il rapporto fra ICS e ICN dove ICS è la corrente massima che l’interruttore può interrompere (per 2 volte) senza che vengano alterate le caratteristiche elettriche dell’interruttore ed in particolare la capacità di portare con continuità la sua corrente nominale. ICN K = 6000 A 1 > 6000 A 0,75(*) =10000 A >10000 A 0,5(**) (*) Valore minimo di ICS: 6000A (**) Valore minimo di ICS: 7500A Valori normali del potere di cortocircuito: 1500 – 3000 – 4500 – 6000 – 10000 – 15000 – 20000 – 25000 A Classe I2 t (3) Classificazione sulla base dell’energia specifica passante massima in relazione del potere nominale di cortocircuito. Essa viene impiegata ai fini della verifica della protezione dei cavi in condizione di cortocircuito ed eventualmente la determinazione della selettività con un fusibile. Caratteristica d’intervento. Inf Corrente convenzionale di non intervento. Valore che l’interruttore può portare durante il tempo convenzionale, essa è pari a 1,13 volte la corrente nominale. If Corrente convenzionale di intervento. Valore che determina lo sgancio dell’interruttore entro il tempo convenzionale, essa è pari a 1,45 volte la corrente nominale. Tempo convenzionale. Il tempo convenzionale è a 1 h per gli interruttori con Ie£ 63 A mentre è 2 h per gli altri interruttori. Corrente d’intervento istantaneo. (1) Minimo valore di corrente che provoca l’apertura istantanea dell’interuttore, essa dipende dal tipo di interruttore (B, C o D). B Tipo B (intervento rapido). Intervento da 3 a 5 volte la corrente nominale. C Tipo C (intervento medio). Intervento da 5 a 10 volte la corrente nominale. D (1) (2) (3) Tipo D (intervento ritardato). Intervento da 10 a 20 volte la corrente nominale In targa la corrente nominale viene riportata senza il simbolo “A” preceduta dal simbolo dell’intervento istantaneo (B, C o D) per es. C25. In targa il valore del potere di cortocircuito è riportato all’interno di un rettangolo. In targa viene riportato il valore della classe (1, 2 o 3). 42 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Interruttori differenziali Descrizione L’interruttore differenziale viene utilizzato per assicurare un’efficace protezione dai contatti indiretti e anche per la protezione addizionale dai contatti diretti (quando prescritto, utilizzando il tipo con I∆n≤30 mA). Il dispositivo alla base del suo funzionamento è costituito da un trasformatore toroidale su cui vengono avvolti tutti i conduttori di linea. Se non ci sono dispersioni verso terra la somma delle correnti della linea (fasi + ev. neutro) è pari a zero pertanto anche il flusso magnetico risultante nel toroide sarà zero. Nel caso di dispersione verso terra la somma delle correnti di linea sarà diversa da zero e quindi genererà un flusso magnetico tale da indurre in un secondo avvolgimento (posto sempre sullo stesso toroide) una certa f.e.m.; se essa risulterà superiore ad un valore prestabilito, attiverà lo sgancio dei contatti elettrici del differenziale stesso, disattivando così il circuito elettrico protetto. 43 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Interruttori differenziali Costruzione e funzionamento Principio di funzionamento di un un interruttore differenziale 44 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Interruttori differenziali Costruzione e funzionamento Esempio di interruttore magnetotermico differenziale modulare bipolare e tetrapolare 1) Leva di azionamento 2) Leva di riarmo e segnalazione intervento differenziale 3) Tasto di prova A/E) Morsetti B) Contatti principali C) Sganciatori di sovracorrente D) Trasformatore toroidale F) Pulsante di prova G) Resistenza di zavorra H) Dispositivo di sgancio 45 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Interruttori differenziali Dati di Targa Dati di targa per interruttori differenziali per uso domestico e similare Simbolo In I∆n Significato Corrente nominale. Valori preferenziali della corrente nominale: 10 –13 – 16 –20 - 25 – 32 – 40 –63 –80 – 100 –125 A. Corrente differenziale d’intervento. Valori normali di corrente differenziale d’intervento: 0,01 – 0,03 – 0,1 – 0,3 – 0,5 A. (Il valore normale della corrente di non intervento differenziale è 0,5 I∆n). Differenziali di tipo AC. Intervengono solo per correnti di guasto alternate. Differenziali di tipo A. Intervengono, entro certi limiti, anche per correnti di guasto unidirezionali pulsanti. Differenziali di tipo B. Intervengono anche per tutte le correnti di guasto unidirezionali (correnti continue). Differenziale immune da interventi intempestivi. Apparecchio immune dagli scatti intempestivi a seguito di onde di corrente di tipo impulsivo che circolano attraverso le capacità in aria esistenti tra impianto e terra, causate ad esempio da sovratensioni di origine atmosferica o dovute a manovre di grossi carichi sulla rete di alimentazione. Differenziali con ritardo intenzionale (selettivi). Differenziali adatti ad essere installati in ambienti con temperatura fino a – 25 °C. T Mezzo di azionamento del dispositivo di prova. 46 Apparecchiature di protezione dai contatti diretti ed indiretti e dalle sovracorrenti - Criteri di scelta Impiego Protezione addizionale dai contatti diretti Protezione dai contatti indiretti Protezione dai sovraccarichi Protezione dai cortocircuiti Selettività Fusibili NO Interruttori Automatici Interruttori Differenziali NO SI Per questo tipo di protezione occorre utilizzare interruttori differenziali ad intervento istantaneo con ID n £ 30mA SI Per questo tipo di protezione l'utilizzo di questi apparati non sono particolarmente indicati. Di fatto possono trovare applicazione solo nei sistemi TN quando per specifici motivi è controindicato l'utilizzo di dispositivi differenziali. SI SI Per questo tipo di protezione Di fatto questo è il sistema più affidabile l'utilizzo dei fusibili non sempre per la protezione dai sovraccarichi garantisce una protezione ottimale. SI Questo sistema, per la protezione dai SI cortocircuiti, pur essendo molto diffuso Questo sistema, se di tipo può presentare notevoli limitazioni di uso limitatore, riduce, in caso di o elevati costi laddove venga utilizzato in cortocircuito, l'energia specifica impianti il cui valore della corrente di passante. Questo permette di cortocircuito presunta nel punto di ridurre al minimo le sollecitazioni installazione risulti particolarmente termiche e dinamiche sui dispositivi elevato. In questo caso potrebbe essere che si intende proteggere. utile prevedere (in alternativa) la protezione a mezzo fusibile. Verifica della congruenza fra i valori di energia specifica passante di prearco per il fusibile a monte e di arco per quello a valle. Verifica della selettività sulla base di tabelle e grafici sperimentali forniti dai singoli costruttori. SI Di fatto questo è il sistema più affidabile per la protezione dai contatti indiretti NO NO Per ottenere fra più dispositivi differenziali collegati in cascata una selettività totale occorre impiegare a monte dispositivi differenziali di tipo selettivo (ovvero con ritardo intenzionale), scegliendo o tarando i relé di intervento in modo tale che la ID del dispositivo a monte sia superiore a 3 volte di quella del dispositivo a valle ovviamente i tempi di intervento ritardati dell’interruttore posto a monte dovranno risultare non superiori a quelli previsti dalle Norme CEI 64-8 per la protezione dai contatti indiretti. 47 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Scopi Sicurezza elettrica (Rischio di folgorazione) Protezione dai contatti indiretti Protezione dalle scariche atmosferiche Potenza: es. funzionamento di speciali circuiti monofilo con ritorno a terra (ferrovie, tramvie) Scopi funzionali (e di sicurezza diversi dal rischio di folgorazione) Misura: es. riferimento del potenziale di terra in alcune misure elettriche di precisione Protezione: es. protezione catodica delle strutture metalliche (serbatoi interrati di GPL) Eliminazione cariche elettrostatiche: per motivi di sicurezza (es. luoghi con pericolo di esplosione) e/o per ragioni funzionali (es. particolari tipi di lavorazione) Unicità dell'impianto di terra Realizzare, per i vari scopi, distinti impianti di terra comporta il rischio, assai grave, di avere parti metalliche scoperte ed accessibili a potenziali diversi. Per questa ragione la Norma CEI 64-8/4 prescrive che l’impianto di terra deve essere unico per masse simultaneamente accessibili (Art. 413.1.1.2). Solo in situazioni particolari, quando esista una incompatibilità fra due diverse funzioni, si possono avere, nello stesso ambiente, due impianti di terra distinti; in tali casi si devono però prendere provvedimenti affinché le parti metalliche collegate ai due diversi dispersori non possano essere toccate simultaneamente (allontanamento oltre 2,5 m, interposizione di ripari, ecc.). 48 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili (Protezione dai contatti indiretti) Sistemi TT La funzione dell’impianto di terra, negli impianti utilizzatori alimentati da sistemi TT, è quella di convogliare verso terra la corrente di guasto provocando l’intervento del dispositivo di protezione con interruzione automatica della corrente di guasto ed evitando così il permanere di tensioni pericolose sulle masse. Sistemi TN Nel caso di sistema TN, il conduttore di protezione viene in genere collegato direttamente al centro stella del secondario del trasformatore, con la conseguenza che, in caso di guasto su una massa sul circuito di bassa tensione, la corrente si chiude attraverso il conduttore di protezione, senza così interessare il dispersore, che viene dimensionato in funzione di guasti che si verifichino sul circuito di alimentazione di media tensione. Sistemi IT Nel caso di sistema IT lo scopo del collegamento delle masse a terra è quello di limitare la tensione totale verso terra di una massa in avaria, in caso di primo guasto. 49 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Sistema TT (Protezione dai contatti indiretti) La corrente Ia è la corrente che determina l’intervento del dispositivo di protezione (interruttore automatico o differenziale) in tempi non superiori a: per gli interruttori automatici la "Ia" deve determinare un intervento istantaneo se il dispositivo è dotato di sganciatori istantanei (magnetici o differenziali) , oppure entro 5 s se dotato di sganciatori a tempo inverso (termici); nei circuiti di distribuzione è ammesso l'uso di interruttori differenziali di tipo "S" con tempo di ritardo massimo di 1s. 50 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Sistema TN (Protezione dai contatti indiretti) La corrente che interessa la parte dell’impianto di terra costituito dai dispersori è solo quella relativa al Guasto sul lato MT 51 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Sistema TN (Protezione dai contatti indiretti) UT ≤ UTP e US ≤ 3UTP Cabine di distribuzione gestite dall'utente (sistema TN) con terra di cabina distribuita alle utenze Impianto di terra unico con le masse dell'alta e della bassa tensione ed il neutro collegati insieme dove: UT è la tensione di contatto (determinabile tramite misure); UTP è la tensione di contatto ammissibile (v.grafico a lato); US è la tensione di passo (determinabile tramite misure); In alternativa (e più semplicemente): UE ≤ UTP dove: UE è la tensione totale di terra (data dal prodotto RT x IG) dove: RT è il valore della resistenza di terra; IG è il valore della corrente di guasto verso terra (dato ENEL) Pertanto: RT ≤ UTP/IG Tensioni di contatto ammissibili UTP per correnti di durata limitata Note: Il valore in secondi del tempo di permanenza della corrente viene fornito dall’ENEL. Se la durata della corrente è molto più lunga di quanto mostrato nel grafico, si può usare per U TP un valore di 75 V. 52 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Sistema IT (Protezione dai contatti indiretti) Nei sistemi IT è richiesto che il prodotto della corrente di 1° guasto a terra Id con la resistenza di terra locale RB risulti inferiore a 50 o 25 (ambienti ordinari o particolari): Id ⋅ RB ≤ 50 o 25 Pertanto: RB ≤ 50/Id o 25 /Id 53 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili (Protezione dai contatti indiretti) Valori della resistenza di terra ipotizzabile per i vari sistemi Interruttori differenziali Sistema TT RT ≤ 50 (25)/ Ia 5Ω ÷ 5kΩ Interruttori automatici 25mΩ ÷ 500mΩ Sistema TN RT ≤ UTP/IG 100mΩ ÷ 10Ω Sistema IT RB ≤ 50 (25)/Id 1kΩ ÷ 100kΩ 54 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Concetti di base (Protezione dai contatti indiretti) La resistenza elettrica di un dispersore di terra si trova prevalentemente localizzata in corrispondenza della superficie di contatto fra il dispersore e il suolo e negli strati di terreno contigui, mentre gli strati più lontani non determinano alcun ulteriore incremento apprezzabile: ne risulta che la resistenza totale misurata fra due dispersori di terra è praticamente indipendente dalla distanza che intercede fra l’uno e l’altro dispersore, purché tale distanza superi un certo limite che può essere dell’ordine di una decina di metri. La ragione sta nel fatto che le linee di corrente che divergono da un dispersore arrivano a diffondersi, già a breve distanza, entro un mezzo conduttore di sezione praticamente infinita, la cui resistenza elettrica diviene pertanto trascurabile. 55 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Concetti di base (Protezione dai contatti indiretti) Per la determinazione della resistenza di un dispersore di terra ci si basa comunemente sulla misura della caduta di tensione che si manifesta facendo attraversare il dispersore di terra T da una corrente opportuna: si richiede allo scopo una presa di terra ausiliaria, denominata sonda di corrente, infissa ad una certa distanza dalla prima, ed un generatore opportuno con i poli collegati alle due prese come nello schema della figura riportata a lato. una seconda presa ausiliaria P denominata sonda di tensione viene infissa in un punto intermedio fra le due precedenti per il rilievo della caduta di tensione provocata dalla presa di terra T. Se tra quest’ultima e la sonda di corrente C si fa passare una certa corrente IT, la curva che rappresenta le cadute di tensione fra il dispersore T e la sonda di terra ausiliaria C assume un andamento del tipo riportato nella figura riportata a lato. In ogni caso, eseguendo il rapporto fra la tensione applicata VTC e la corrente IT si ottiene la resistenza complessiva offerta dal dispersore T e dalla sonda di terra ausiliaria C [RT + RC = VTC/IT]; mentre la resistenza dell’impianto di terra T viene espressa dal rapporto [RT = VTP/IT] essendo VTP la caduta di tensione parziale fra l’impianto di terra T e la sonda di tensione P.Per poter individuare con sicurezza il tratto orizzontale delle curve di tensione in corrispondenza del quale infiggere la sonda di corrente P è bene eseguire tre misure di resistenza, una con la sonda di tensione a metà distanza fra la sonda di corrente e il dispersore T, le altre due ponendo la sonda di tensione una volta 3-4 metri verso il dispersore, una volta 3-4 metri verso la sonda di corrente. Se le tre misure danno praticamente lo stesso valore, questo rappresenterà senz’altro la reale resistenza di terra RT: se invece i valori risultano diversi bisognerà allontanare la sonda di corrente e ripetere le misure come sopra, fino ad ottenere tre determinazioni praticamente coincidenti. 56 Dimensionamento dell’impianto di Terra - Valori massimi ammissibili Strumento di misura (Protezione dai contatti indiretti) Principio di funzionamento del Terrometro o tellurometro Esso corrisponde sostanzialmente al metodo potenziometrico che si realizza mettendo in opposizione fra loro la caduta di tensione RT IT provocata dalla resistenza incognita RT percorsa da una certa corrente IT, con la caduta di tensione r I2 che si verifica in una resistenza variabile per gradi noti e che è percorsa da una corrente I2 avente un’egual fase ed un rapporto costante con la corrente IT. Per realizzare quest’ultima condizione la corrente I2 viene ricavata dall’avvolgimento secondario di un trasformatore di corrente, il cui primario viene percorso dalla corrente IT che è prodotta a sua volta da un piccolo generatore di corrente alternata alimentato a batteria. Il circuito della corrente IT si chiude attraverso la sonda di corrente C mentre la sonda di tensione P consente di mettere a raffronto le due cadute RT IT ed r I2 attraverso un elettrodinamometro E. La misura si compie premendo il tasto di attivazione del generatore di tensione alternata e spostando il cursore K, che è del tipo a manopola, fino ad ottenere l’azzeramento dell’elettrodinamometro: a equilibrio raggiunto si ha l’eguaglianza: RT ⋅ IT = r ⋅ I2 dalla quale si ricava: RT = r ⋅ I2 /IT = r ⋅ m essendo m = I2/IT il rapporto del trasformatore di corrente. In genere, un apposito commutatore consente di variare il rapporto spire del trasformatore, così da ottenere più valori di m, ad esempio per m = 1 il valore della resistenza incognita RT è fornito per lettura diretta dal numero che si legge ad equilibrio raggiunto, in corrispondenza del cursore K; mentre per m = 10 la resistenza incognita è pari a 10 volte il valore letto. L’apparecchio è corredato da due picchetti da infiggere nel suolo per realizzare rispettivamente la sonda di corrente e la sonda di tensione. 57 Cantieri Edili - Definizioni La Normativa definisce come impianti elettrici nei cantieri di costruzione e demolizioni gli impianti temporanei destinati a: -lavori di costruzione di nuovi edifici; -lavori di riparazione, trasformazione, ampliamento o demolizione di edifici esistenti; -opere pubbliche; -lavori di movimentazione di terra; -lavori simili. Non si considerano soggetti in ogni caso a questa normativa specifica (anche se facenti parte dell'impianto elettrico di cantiere) i luoghi di servizio dei cantieri quali: uffici, spogliatoi, sale di riunione, spacci, ristoranti, dormitori, servizi igienici, ecc.. 58 Cantieri Edili - Protezione dai contatti diretti ed indiretti Nel caso in cui venga impiegato il sistema di protezione dai contatti indiretti mediante interruzione automatica dell'alimentazione occorre: -nei sistemi TT, dimensionare l'impianto di terra per una tensione di contatto limite pari a 25V c.a. o 60V c.c.; -nei sistemi TN, verificare il tempo di intervento della protezione (per impianti con una tensione verso terra di 230V: ≤0,2 s). Le prese a spina debbono essere conformi alle Norme CEI 2312/1 e 23-12/2 (prese a spina per uso industriale) ed alimentate: -da dispositivi differenziali con Idn ≤ 30mA, oppure; -da circuiti SELV, oppure; -mediante separazione elettrica con ciascuna presa a spina alimentata da un trasformatore distinto. 59 Cantieri Edili - Scelta ed installazione dei componenti Oggetto della prescrizione. Quadri elettrici. Condutture. Dispositivi di protezione, di sezionamento e di comando. Prese a spina. Prescrizioni I quadri per la distribuzione debbono essere di tipo ASC, conformi alla Norma CEI 17-13/4 con grado di protezione non inferiore a IP43. Le condutture debbono essere installate in modo da evitare sollecitazioni sui conduttori e devono essere protette contro il danneggiamento meccanico, in particolare è vietato la posa attraverso luoghi di passaggio per veicoli o pedoni. Nel caso si utilizzino cavi flessibili debbono essere impiegati cavi dei tipo H07RN-F o H07BQ-F, mentre per i cavi con posa fissa è possibile adoperare i tipi FG7OR e N1VV-K. Tutti i circuiti elettrici in ingresso ed in uscita dai quadri di distribuzione debbono essere adeguatamente sezionati e protetti contro le sovracorrenti ed i contatti indiretti. I dispositivi di sezionamento (utilizzati per manutenzione sia elettrica che non elettrica) devono essere adatti per essere fissati nella posizione di aperto (per es. lucchetto esterno o posti all'interno di involucri chiudibili a chiave). Deve inoltre essere prevista l'interruzione di emergenza dell'alimentazione di tutti gli apparecchi utilizzatori per i quali possa essere necessario interrompere tutti i conduttori attivi per eliminare un pericolo. Le prese a spina possono essere collocate all'esterno o all'interno delle ASC, incorporate in avvolgicavo oppure essere del tipo mobile conforme alla Norma CEI 23-12. 60 Bagni - Definizione zone Nei bagni, l'installazione delle varie apparecchiature elettriche è soggetta a prescrizioni ben precise, determinate in base all'individuazione di zone di rispetto (art.701.3 della Norma CEI 64-8/7). Le zone di rispetto dei locali da bagno e doccia, sono quelle d'intorno la vasca da bagno, o la zona doccia e vengono classificate nel seguente modo (v. la tab. della pagina successiva): Zona 0: volume interno della vasca o del piatto doccia. Zona 1: volume esterno verticale della zona 0 fino a 2,25 m di altezza sopra il pavimento. Zona 2: volume esterno dalla zona 1 fino a 0,6 m di distanza in orizzontale da quest'ultima e 2,25 m di altezza sopra il pavimento. Zona 3: volume esterno della zona 2 fino a 2,4 m di distanza in orizzontale da quest'ultima e 2,25 m di altezza 61 sopra il pavimento. Bagni - Definizione zone Figura a) b) c) d) e) f) g) h) i) l) m) Legenda Uscita cordone scalda acqua. Cavo multipolare con guaina non metallica senza giunzioni (tratto più breve possibile). Scalda acqua elettrico. Combinazione da incasso pulsante allarme a tirante in materiale isolante. Eventuale apparecchio illuminante fisso, classe II. Cassetta di derivazione da parete (con nodo equipotenziale connesso al conduttore di protezione). Comando e protezione lavatrice. Lavatrice. Combinazione da incasso: interruttore, lampada specchio e presa/e 230 V (2P+T 10A). Specchio con lampade incorporate. Riparo o diaframma fisso (con materiale isolante). Gradi di protezione dei componenti contro la penetrazione di liquidi: Zona 1 e 2: non inferiore a IPX4. Zona 3: non inferiore a IPX1, si ammette di regola l'installazione di componenti ordinari da incasso verticale. Se si effettuano pulizie con getti d'acqua prevedere componenti con grado di protezione non inferiore a IPX5. 62 Bagni - Definizione zone Oggetto della prescrizione Grado di protezione minimo contro la penetrazione dei liquidi Apparecchi di comando, di protezione, ecc. Prese a spina Cassette di derivazione Zona 0 Zona 1 Prescrizioni Zona 2 Zona 3 - IPX4(1) IPX4(1) IPX1(1) Vietati Ammessi solo interruttori alimentati da SELV(2) con tensione inferiore a 12V c.a. e 30V c.c. Ammesse solo se alimentate singolarmente da trasformatore d'isolamento (prese per rasoi) Vietate Vietate Nessuna limitazione (regole generali) Ammesse, purché: - protette con interruttore differenziale ad alta sensibilità (£ 30mA), oppure; - alimentate da SELV(2), oppure; - alimentate con proprio trasformatore d'isolamento. Nessuna limitazione (regole generali) Ammessi: - scaldacqua; - apparecchi alimentati da SELV(2) ; Ammessi: - apparecchi di illuminazione, - scaldacqua; riscaldamento, ventilatori-aspiratori Apparecchi utilizzatori fissi Vietati Nessuna limitazione (regole generali) (2) - apparecchi alimentati da SELV ; e vasche per idromassaggio di - vasche per idromassaggio(3). classe II e I, protetti questi ultimi con interruttore differenziale ad alta sensibilità ( inferiore a 30mA). Elementi scaldanti Ammessi solo se protetti da schermo metallico connesso al collegamento equipotenziale supplementare. Nella zona 0 è vietata l'installazione di condutture elettriche. Nelle zone 1, 2 e 3 non è consigliabile l'uso di cavi in vista, a meno che non Condutture (eccetto quelle appartengano a sistemi SELV(2), o siano costituiti da tratti limitati al collegamento degli apparecchi utilizzatori. Nelle zone 1 e 2 non è ammesso incassate a una profondità l'attraversamento di condutture alimentanti apparecchiature situate in zone diverse da queste; inoltre esse devono avere un isolamento equivalente maggiore di 5 cm) alla classe II, a tal fine è sufficiente impiegare cavi unipolari infilati entro tubi non metallici o cavi multipolari con guaina non metallica. Collegamento Collegamento di tutte le masse estranee(4) all'impianto di terra con conduttore di sezione minima non inferiore a 2,5 mm2 (se protette equipotenziale meccanicamente) e a 4 mm2 (se a vista o annegate direttamente nella muratura). Tale collegamento è sufficiente che venga eseguito in un solo punto, in corrispondenza dell'ingresso delle masse estranee nei locali da bagno. supplementare (1) Nei locali pubblici deve essere previsto un grado di protezione non inferiore a IPX5. (2) In questo tipo di locali se si utilizzano circuiti SELV si deve prevedere la protezione dai contatti diretti (a prescindere dalla tensione nominale) o tramite involucri o barriere (IPXXB) o con un isolamento in grado di sopportare una tensione di prova di 500V per 1 minuto. (3) Con collegamento supplementare e segregazione. (4) Per massa estranea si intende un corpo metallico che non fa parte dell'impianto elettrico e che può introdurre il potenziale di terra; in ambienti ordinari si intendono tali i corpi metallici che presentano una resistenza di terra inferiore a 1000 ohm. 63
