Fondamenti di Impianti Elettrici. Corso di Fondamenti di Elettrotecnica per Ingegneria dell Ambiente e del Territorio Scienze dell Ingegneria Edile

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1 Fondamenti di Impianti Elettrici. Corso di Fondamenti di Elettrotecnica per Ingegneria dell Ambiente e del Territorio Scienze dell Ingegneria Edile (Docente: Antonio Luchetta) Maurizio Monticelli Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE 1

2 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

3 Effetti della corrente sul corpo umano Tetanizzazione Effetti fisiopatologici della corrente elettrica sul corpo umano Arresto della respirazione Ustioni Fibrillazione Ventricolare 3

4 Effetti della corrente sul corpo umano Soglia di Percezione Corrente alternata oltre 10kHz Corrente continua Corrente alternata da 15 a 100 Hz Corrente alternata da 100Hz a 1kHz Corrente alternata da 1kHz a 10kHz Correnti superiori a 2 ma Circa 0,5 ma 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

5 Effetti della corrente sul corpo umano Soglia di rilascio (o Tetanizzazione) Corrente alternata oltre 10kHz Corrente continua Corrente alternata da 15 a 100 Hz Corrente alternata da 100Hz a 1kHz Corrente alternata da 1kHz a 10kHz Correnti superiori a 300 ma Circa 10 ma Per frequenze superiori a 100kHz non ci sono né dati sperimentali né incidenti riportati relativi alla soglia di rilascio 5

6 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

7 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

8 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

9 Effetti della corrente sul corpo umano Curve di Sicurezza Effetti fisiologici - [Corrente-Tempo] in c.a. 9

10 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

11 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

12 Grado di protezione - Tab.1 Protezione contro l accesso a parti pericolose. 1 a cifra caratteristica Lettera addizionale A B C D Protezione delle persone al contatto con Il dorso della mano Le dita Attrezzi piccoli Fili, aghi, chiodi Calibro di prova Impiego consentito Sfera 50 mm Luoghi chiusi (accessibili solo a persone autorizzate) Dito di prova 12 mm Luoghi accessibili anche a persone non addestrate 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 12

13 Grado di protezione - Tab.2 Protezione contro la penetrazione di corpi solidi. 1 a cifra caratteristica Corpi solidi Corpi solidi Corpi filiformi Corpi filiformi con dimensione con dimensione Polvere Polvere Protezione contro con diametro con diametro Nessuna minima minima (protezione (protezione l ingresso dei corpi solidi superiore a 2,5 superiore a 1 superiore a 50 superiore a parziale) totale) mm mm mm 12,5 mm Mezzo di prova Impiego consentito Nessuno In involucri Sfera 50 mm Luoghi chiusi (accessibili solo a persone autorizzate ed addestrate) Sfera 50 mm + dito di prova Luoghi ordinari con presenza solo di oggetti grossolani Filo rigido 2,5 mm Luoghi ordinari con presenza anche di oggetti filiformi di medie dimensioni Filo rigido 1 mm Luoghi ordinari con presenza anche di oggetti filiformi di piccole dimensioni Camera a circolazione di talco Luoghi occasionalment e polverosi Camera a circolazione di talco Luoghi permanenteme nte polverosi 13

14 Grado di protezione - Tab.3 Protezione contro la penetrazione dell acqua. 2 a cifra caratteristica Di condensa A pioggia Di condensa (caduta di con angolo A spruzzo da Getti da Protezione Protezione contro la Immersione Immersione Nessuna (caduta di gocce con fino a 60 tutte le tutte le d acqua penetrazione di acqua temporanea permanente gocce verticali) angolo fino a dalla direzioni direzioni mareggiate 15 ) verticale Mezzo di prova Impiego consentito Nessuno In ambienti asciutti Gocciolatoio In ambienti umidi con componente in posizione verticale predeterminata Gocciolatoio In ambienti umidi con componente in posizione non perfettamente verticale Spruzzatore dall alto Luoghi esposti alla pioggia ma non agli spruzzi dal basso Spruzzatore rotante a 360 Luoghi esposti alla pioggia e agli spruzzi Lancia 6,3 mm portata 12,5 l/min Luoghi soggetti a lavaggio con getti d acqua di media potenza Lancia 12,5 mm portata 100 l/min Luoghi soggetti a lavaggio energico e a maraggiate (moli) In vasca con 1 m di battente d acqua Luoghi soggetti a inondazioni temporanee o a sommersione sotto la neve per lunghi periodi Secondo accordi clientecostruttore Funzionalità subacquea 14

15 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

16 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Dispersore Conduttore di terra Conduttore di protezione Collettore o nodo di terra Corpo metallico, o complesso di corpi metallici, posto in intimo contatto con il terreno e che realizza il collegamento elettrico 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 che va collegato ad una massa per la protezione contro i contatti indiretti. Elemento dell impianto di terra nel quale confluiscono i conduttori di terra, di protezione, di equipotenzialità, ed eventualmente di neutro. Massa Massa estranea 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). 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

17 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Definizioni Parte attiva Contatto Diretto Contatto Indiretto Tensione di contatto 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. 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 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

18 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

19 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

20 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 Ostacoli Distanziamento Protezione addizionale: Interruttori differenziali ad alta sensibilità (I dn 30mA) Interruzione automatica dell alimentazione Componenti di classe II o con isolamento equivalente Luoghi non conduttori Collegamento equipotenziale non connesso a terra Separazione elettrica 20

21 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione combinata Protezione combinata: Bassissima Tensione (SELV-PELV-FELV) SELV e PELV (Safety Extra Low Voltage) -(Protection Extra Low Voltage) FELV (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 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. Circuiti PELV 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. Prese a spina: Le prese a spina dei circuiti FELV non devono poter essere intercambiabili con quelle di altri sistemi 21

22 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

23 Protezione dai contatti diretti ed indiretti Protezione dai contatti diretti Involucri o barriere Finalità Impedire il contatto con parti attive. Modalità 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) 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

24 Protezione dai contatti diretti ed indiretti Protezione dai contatti diretti Protezione addizionale: Interruttori differenziali ad alta sensibilità (I dn 30mA) Finalità 4 protezione contro gli incendi dovuti a difetti d isolamento che diano luogo a piccole correnti verso terra; 4 protezione dai contatti diretti in caso di insuccesso delle altre misure di protezione; 4 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.). Modalità Impiego di interruttori differenziali con corrente differenziale nominale inferiore o uguale a 30 ma. 24

25 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: 4 Z s I a U o ; dove: 4 Z s = impedenza anello di guasto; 4 I a = corrente d'intervento del dispositivo di protezione; 4 U o = tensione verso terra. essendo: Z s I G = U o ; dove: 4 I G = corrente di guasto verso terra 4 deve essere quindi rispettata la seguente relazione: I G I a Tempi di intervento Tempo di intervento massimo del dispositivo di protezione: 4[0,4 o 0,2 s (rispettivamente per ambienti ordinari o particolari)per U o = 230 V] Circuiti terminali che alimentano prese a spina, apparecchi mobili,portatili o trasportabili di classe I. 4[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 U o =230 V) sono collegati al quadro di distribuzione o al circuito di distribuzione che alimenta quel circuito terminale, sia soddisfatta una delle seguenti condizioni: 4 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) Z s /U o (Ω); 4 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

26 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: 4 R a I a (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove: 4 R a = resistenza anello di guasto; 4 I a = corrente d'intervento dispositivo d'interruzione. Tempi di intervento Tempo di intervento del dispositivo di protezione: 4 per gli interruttori automatici la "I a " 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); 4 nei circuiti di distribuzione è ammesso l'uso di interruttori differenziali di tipo "S" con tempo di ritardo massimo di 1s. 26

27 Protezione dai contatti diretti ed indiretti - Protezione dai contatti indiretti Interruzione automatica dell alimentazione SISTEMI IT Metodo di protezione 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 Primo guasto: 4R a I d (50 o 25 V) rispettivamente per ambienti ordinari o particolari; dove: 4 R a = resistenza del/i dispersore/i di terra; 4 I d = corrente di 1 guasto. Secondo Guasto Secondo guasto: per U n = 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

28 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. Modalità Impiego di componenti elettrici costruiti a doppio isolamento e contrassegnati dal segno grafico: Impiego di condutture elettriche costituite da: 4cavi 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; 4cavi unipolari senza guaina (cordicelle) installati in tubo protettivo o canale isolante rispondente alle relative norme; 4cavi 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

29 Protezione dalle sovracorrenti - Definizioni Sovracorrente Corrente di sovraccarico (di un circuito) Corrente di cortocircuito (franco) Corrente nominale (I n ) (di un dispositivo di protezione) Corrente convenzionale di non funzionamento (I nf ) (di un dispositivo di protezione) Corrente convenzionale di funzionamento (I f ) (di un dispositivo di protezione) 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 29

30 Protezione dalle sovracorrenti - Definizioni Corrente di impiego (I b ) (di un circuito) 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. Portata (I z ) (di una conduttura) 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 Potere di cortocircuito (P c ) (chiusura ed interruzione) 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

31 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 (I n ) del medesimo sia uguale o superiore alla corrente di impiego (I b ) e minore o uguale alla portata (I z ) della conduttura; inoltre la corrente di funzionamento (I f ) del dispositivo di protezione deve essere minore o uguale a 1,45 la portata (I z ) 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.). (I b I n I z ) + (I f 1,45 I z ) 31

32 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: P c I cc 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: K 2 S 2 I 2 t dove: (I 2 t) è l integrale di Joule per la durata del corto circuito (in A 2 s); S è la sezione dei conduttori (in mm 2 ), 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

33 Protezione dalle sovracorrenti - Conclusioni Sovracorrenti = Sovraccarichi + Cortocircuiti Condizione valida per interruttori automatici in quanto: I f = 1,45 I n (interruttori per uso domestico) I f = 1,20 I n (interruttori per uso industriale) Condizione valida per fusibili con: I n > 63A in quanto: I f = 1,60 I n Condizione valida per fusibili con: 25A < I n 63A in quanto: I f = 1,75 I n Condizione valida per fusibili con: 5A I n 25A in quanto: I f = 1,9 I n Condizione valida per fusibili con: I n < 5A in quanto: I f = 2,1 I n I b I n I z + I f 1,45 I z I n I z I n 0,906 I z I n 0,828 I z I n 0,763 I z I n 0,690 I z K 2 S 2 I 2 t + P c I cc NO Nota: quando la protezione dai sovraccarichi e dai cortocircuiti viene offerta da un dispositivo unico con corrente nominale (I n ) inferiore alla portata (I z ) della conduttura e potere di interruzione (P c ) superiore alla corrente di cortocircuito (I cc ) presunta, non è necessario procedere alla verifica della relazione K 2 S 2 I 2 t. 33

34 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

35 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; I CR : valore di cresta della corrente interrotta limitata; I p : corrente di picco limitata; t pa : durata di pre-arco; t a : durata di arco; t f : 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

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