protezione dai contatti indiretti nei sistemi tt

PROTEZIONE DAI CONTATTI
INDIRETTI NEI SISTEMI TT
Appunti a cura dell’Ing. Emanuela Pazzola
Tutore del corso di Elettrotecnica per meccanici, chimici e biomedici
A.A. 2005/2006
Facoltà d’Ingegneria dell’Università degli Studi di Cagliari
CAPITOLO 10. PROTEZIONE DAI CONTATTI INDIRETTI NEI
SISTEMI TT
10.1 GENERALITÀ
10.2
CASO
PARTICOLARE:
pag. 2
IMPIANTO
DI
TERRA pag. 7
COMUNE A PIÙ DERIVAZIONI
1
CAPITOLO 10
PROTEZIONE CONTRO I CONTATTI INDIRETTI NEI
SISTEMI TT
10.1 GENERALITÀ
In fig. 17 è indicato il circuito di guasto franco a terra in un utilizzatore alimentato
da un sistema TT. La corrente di guasto Ig si richiude attraverso le resistenze RTU e
RTN.
Fig. 1 Guasto a terra in un sistema di distribuzione TT
Il circuito equivalente dell’anello di guasto nell’ipotesi di contatto con
un’apparecchiatura con difetto d’isolamento diviene quello in fig. 18:
2
Fig. 2 Anello di guasto in un sistema TT
Dove:
•
Vf è il valore efficace della tensione di fase;
•
Ig è la corrente di guasto;
•
RC è la resistenza di contatto;
•
Rfilo è la resistenza del conduttore dal trasformatore fino al punto di
contatto;
•
Ruomo è la resistenza del corpo umano;
•
Ruomo-terra è la resistenza del suolo (pari a 1000 Ω in condizioni ordinarie ed
a 200 Ω in condizioni particolari).
Considerando che:
RTN + Rc + R filo << RTU
la massima corrente di guasto, in assenza di contatto umano, è:
(4.1)
I g max ≤
Vf
RTU
Tale corrente deve essere abbastanza elevata da permettere l’intervento del
dispositivo di protezione automatico, per questo motivo RTU dovrà essere molto
piccola.
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In presenza di contatto con l’apparecchiatura, la corrente che attraversa l’uomo è
data da:
I uomo ≤
(4.2)
RUOMO
VKT
+ Ruomo −terra
dove VKT è la tensione della carcassa metallica.
Si hanno dunque due possibili situazioni:
a)
RTU << R uomo + Ruomo −terra
In tal caso la corrente si richiude prevalentemente sulla resistenza terrautilizzatore;
b)
Ruomo << R uomo + Ruomo −terra
In tal caso la corrente si richiude principalmente su Ruomo; questa è
evidentemente la situazione più pericolosa.
Per un tempo di intervento dell’interruttore di protezione minore o uguale a
5 s le norme indicano come massima tensione di contatto ammissibile:
(4.3)
Vk = V
KT
≤ 50
Pertanto per avere una sicura protezione dalla tensione di contatto, la
resistenza di terra (in Ω) deve essere tale che si verifichi la seguente relazione:
(4.4)
RTU ≤
50
IS
Dove Is è la corrente di intervento del dispositivo a massima corrente per un
tempo inferiore od uguale a 5 secondi. In tal modo tra i punti K e T non ci sarà mai
una differenza di potenziale maggiore di 50 V.
Ad esempio assumendo per la resistenza del corpo umano un valore di
3000 Ω si ha una corrente (in mA) pari a:
50
≅ 16.6
3000
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che è al di sotto della soglia di 30 mA
indicata dalle norme come massima
corrente sopportabile per un tempo pari a 5 s.
Per correnti di guasto inferiori ad Is il dispositivo di protezione impiega tempi
lunghi ad aprire il circuito o potrebbe anche non intervenire, ma se la (4.4) è
soddisfatta, la tensione assunta dalle masse è inferiore a 50 V.
Per correnti di guasto superiori ad Is le tensioni sulle masse superano i 50V,
ma il dispositivo apre il circuito in tempi sufficienti per la sicurezza delle persone.
Tuttavia soddisfare la condizione (4.4) non è affatto facile. Infatti la corrente
Is corrisponde nella pratica a diversi multipli della corrente nominale, sia per i
fusibili che per gli interruttori magnetotermici automatici. Ciò comporta un valore
della resistenza di terra molto basso, in genere inferiore all’ohm, non facilmente
ottenibile negli impianti in bassa tensione.
Per questo motivo e poiché, comunque sia, i dispositivi a massima corrente
nascono per la protezione del circuito contro le sovracorrenti e non per intervenire
in qualsiasi situazione anomala del circuito, come quella del guasto a terra, si
adottano
sistemi
aggiuntivi
di
sicurezza,
come
l’utilizzo
dell’interruttore
differenziale ad alta sensibilità. In questo caso si ha quindi una messa a terra
diretta più una protezione differenziale I∆n come mostrato in fig. 19.
Fig. 3 Protezione differenziale in un sistema TT mediante relè differenziale
La corrente di intervento del relè differenziale è, come già visto, data da:
I ∆n = I f − I n
5
Pertanto la resistenza di terra può essere espressa mediante la seguente
relazione:
RTU ≤
(4.5)
50
I ∆n
Si deduce quindi che una protezione differenziale è efficace anche per
resistenze di terra relativamente elevate, come indica la seguente tabella, nella
quale si è fatto riferimento ad alcuni dei valori più comuni di sensibilità I∆n
I∆n
10
5
1
0,5
0,3
0,1
0,03
0,01
Rt
5
10
50
10
167
500
1667
5000
Un altro sistema adottato per la protezione dai contatti indiretti è quello del
coordinamento tra la messa a terra e dispositivi atti ad interrompere
l’alimentazione in caso di guasto, come ad esempio i relè di massima tensione. In
fig. 20 è mostrato lo schema di funzionamento di questo sistema.
Per avere la protezione dalla tensione di contatto, la tensione di intervento Vi del
relè di tensione non deve superare i 50 V:
(4.6)
Vi ≤ 50
in tal modo si ritorna alla condizione (4.4):
(4.7)
RTU ≤
Vi
50
=
Is
IS
Fig. 4 Protezione di un sistema di distribuzione TT mediante relè di massima tensione
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10.2 CASO PARTICOLARE: IMPIANTO DI TERRA COMUNE A PIÙ
DERIVAZIONI
Un caso che si verifica molto frequentemente è l’impianto di terra comune a
più derivazioni. Ad esempio in un edificio ad uso civile esso è unico per tutti gli
appartamenti ed i servizi comuni. La norma CEI 64/8 prevede che nel caso di
impianto comprendente più derivazioni protette da dispositivi con correnti
d’intervento diverse venga considerata la corrente d’intervento entro 5 s (Is) più
elevata:
(4.8)
Rt ≤
50
Is
Si consideri a tale proposito il caso di due derivazioni, una protetta da un
interruttore differenziale con Is pari a 0,5 ed una con interruttore magnetotermico
avente una corrente d’intervento entro 5 s pari a 20 A (fig. 21).
Fig. 5 Impianto di terra comunea due drivazioni: l’una protetta con interruttoredifferenziale e l’altra
con interruttore automatico. Il vantaggio derivante dall’interruttore differenziale installato sulla
derivazione B è in pratica annullato dalla mancanza dell’interruttore differenziale sulla deriazione A
In questo caso le masse dei due utilizzatori, essendo collegate fra loro e
trascurando le cadute di tensione nei vari tratti, sono allo stesso potenziale; il caso
più sfavorevole si verifica nel caso di guasto di isolamento in B.
Per conseguire la sicurezza sulla derivazione B è sufficiente una resistenza
di terra non superiore a 100 Ω, mentre per la derivazione A , supponendo I5s=5In,
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affinché la tensione di contatto a vuoto non superi il limite di 50 V per 5 s, deve
essere:
(4.9)
Rt ≤
50 50
=
= 0,5Ω
I 5s 100
Si deduce dunque che la presenza di una sola derivazione non protetta da
differenziale rende problematico il soddisfacimento della norma, annullando i
benefici della protezione differenziale. Si potrebbe risolvere il problema con un
interruttore differenziale posto a monte dei due (se sono alimentati da una linea
comune), ma il suo intervento provocherebbe il distacco di tutto l’impianto a valle.
La situazione, estremamente diffusa nei condomini, dovrebbe essere
sanata installando un interruttore differenziale anche nell’utenza A, ciò in accordo
con quanto richiesto dalla legge 46/90 contenente le Norme di sicurezza degli
impianti, tra le quali l’obbligo di installazione generalizzata della protezione
differenziale con corrente differenziale d’intervento I ∆n ≤ 30mA .
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