CORSO BASE IMPIANTI ELETTRICI

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1 - 1 - CORSO BASE IMPIANTI ELETTRICI MODULO 4 CADUTE DI TENSIONE, SOVRACORRENTI E PROTEZIONE DAI CONTATTI INDIRETTI QUADRI ELETTRICI Vesione 3.0 / 2010

2 - 2 - DIMENSIONAMENTO DEI CAVI Nel dimensionamento di un impianto elettrico, ha un ruolo determinante la scelta dei cavi e delle relative protezioni. Per definire i due componenti sopra citati si può utilizzare il seguente schema operativo utilizzato in queste dispense. Bisogna partire dal calcolo delle correnti d impiego delle condutture (I B ). Per giungere alla determinazione di questi valori si parte da una prima analisi riguardante il censimento e la disposizione topografica dei carichi; questa prima analisi permette di identificare i coefficienti di utilizzazione e di contemporaneità dei carichi e di determinare le potenze e quindi le correnti che le condutture devono portare. Si passa poi al dimensionamento dei cavi a portata, tenendo conto delle modalità di posa e delle caratteristiche costruttive dei cavi, quindi si procede con la verifica della caduta di tensione ammessa e con il calcolo della corrente di cortocircuito presunta ai vari livelli. La scelta degli interruttori automatici è fatta in base alla corrente d impiego delle condutture da proteggere e al livello di cortocircuito nel punto in cui sono installati e la la scelta degli interruttori automatici può anche essere influenzata da esigenze di selettività. Le verifiche di congruenza interruttore/cavo possono essere così sintetizzate: 1-verifica della protezione contro il cortocircuito massimo, confrontando l energia specifica passante dell interruttore automatico (I 2 t) con l energia specifica ammissibile del cavo (K 2 S 2 ), 2- verifica della protezione contro i cortocircuiti a fondo linea. Il confronto tra la corrente di cortocircuito minima a fondo linea (Iccmin) e la soglia di

3 - 3 - intervento istantaneo Im dell interruttore è necessario solo in presenza di sganciatore solo magnetico o termico sovradimensionato (ad esempio circuiti di sicurezza), 3- verifica della protezione contro i contatti indiretti, confrontando le caratteristiche di intervento del dispositivo di protezione (soglie di intervento istantaneo Im o differenziale I n) con la corrente di guasto a terra Id; questa verifica cambia in funzione del modo di collegamento a terra (TT, TN e IT) e delle condizioni di installazione. Per quest'ultima verifica consultare il capitolo relativo alla protezione delle persone.

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5 - 5 - SCELTA DELLA POTENZA DI UN IMPIANTO E DELLA DISTRIBUZIONE DELLO STESSO Nell impostare un progetto la prima cosa da fare per i dimensionamenti è una lista delle utenze con i corretti coefficienti di utilizzazione e contemporaneità. Scegliere la posizione dei quadri e definire uno schema a blocchi: QEG - QUADRO ELETTRICO GENERALE P [Kw] Ku*Kc Pimp Prese area notte e spazio attività grandi 3 0,2 0,6 Prese area notte e spazio attività medi 3 0,2 0,6 Prese area notte e spazio attività piccoli 3 0,2 0,6 Prese disimpegno e corridoio, servizi portone citofono 0,5 0,1 0,05 Prese stanza funzionario 3 0,7 2,1 Bagni piano terra 0,5 0,3 0,15 Linea pompe di calore n 1 3,3 0,8 2,64 Linea pompe di calore n 2 3,3 0,8 2,64 Luci area notte e spazio attività grandi 0, ,432 Luci area notte e spazio attività medi 0,27 1 0,27 Luci area notte e spazio attività piccoli 0,27 1 0,27 Quadro elettrico seminterrato QED TOTALE POTENZA UTILIZZATA [kw] 17,352 TOTALE CORRENTE ASSORBITA[A] 27,86 La potenza assorbita è calcolata riportando su apposita tabella i dati relativi a ciascuna utenza considerando che per i motori la potenza fornita dal costruttore è normalmente la potenza resa. In questo caso la corrente assorbita sarà ricavabile dalla seguente relazione: Dove: Pn = potenza nominale resa; Un = tensione nominale;

6 - 6 - h = rendimento del motore; cosfi = fattore di potenza del motore. Nei casi generali la corrente assorbita è pari a: Da un analisi dell impianto si rileva che non sono installati azionamenti di macchine in corrente continua, inverter o altre particolari apparecchiature elettroniche per cui si ritiene di poter escludere la presenza sulle linee di componenti armoniche (in presenza di armoniche i conduttori potrebbero essere sovraccaricati in modo significativo ed in particolare il conduttore di neutro in alcuni casi potrebbe essere caricato anche più delle singole fasi). Il passaggio successivo è quello di scegliere il tipo di distribuzione da adottare e quindi tipologia e sezione cavi.

7 - 7 - Quindi va fatto un corretto coordinamento tra cavi ed interruttori da cui discende lo schema dei quadri elettrici.

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9 - 9 - Caduta di tensione La Norma CEI 64.8 raccomanda una caduta di tensione tra l origine dell impianto elettrico e qualunque apparecchio utilizzatore non superiore in pratica al 4% della tensione nominale dell impianto. In un impianto di forza motrice una caduta di tensione superiore al 4% può essere eccessiva per le seguente ragionie: il corretto funzionamento, in regime permanente, delle utenze è generalmente garantito per tensioni comprese tra il ± 5% della tensione nominale; di tensione [V] può essere determinato mediante la seguente formula: U = K. IB. L. (r. cos + x. sen ) dove: I B [A] è la corrente nel cavo, k è un fattore di tensione pari a 2 nei sistemi monofase e bifase e e nei sistemi trifase, L [km] è la lunghezza della linea, r [Ω/km] è la resistenza di un chilometro di cavo, x [Ω/km] è la reattanza di un chilometro di cavo, U n [V] è la tensione nominale dell impianto, cos è il fattore di potenza del carico. In percentuale la formula assume il seguente aspetto:

10 Esempio In un impianto del tipo in figura occorre effettuare una verifica della caduta di tensione della partenza in cavo, la cui sezione è stata dimensionata a portata. Il dimensionamento a portata ha condotto ad una sezione di 50 mm2. È imposta una caduta di tensione del 2%. Dalla tabella della resistenza e reattanza specifica dei cavi si ha: S = 50 mm2, cavo multipolare, r = 0,483 Ω/km, x = 0,0779 Ω/km. Calcoliamo ora la caduta di tensione con la formula (NB: la lunghezza del cavo deve essere in km): U = K. IB. L. (r. cos + x. sen ) = 8,52 V Utilizzando quindi la formula della caduta di tensione percentuale si ottiene: essendo u% > del 2% occorre scegliere una sezione superiore: S = 70 mm2, cavo multipolare, r = 0,334 Ω/km, x = 0,0751 Ω/km. Utilizzando questi dati otteniamo quindi: U = k. lb. L. (r. cos + x. sen) = 6 V, La caduta di tensione risulta verificata (<2%).

11 La sezione adottata è dunque 70 mm 2 in cavo multipolare In seguito si riportano alcune tabelle che forniscono i valori di U% per diversi valori del fattore potenza, nelle seguenti ipotesi: 1- tensione nominale: 400 V; 2- lunghezza cavo: 100 m; 3- cavi unipolari conformi alle tabelle UNEL ; 4- distribuzione trifase. La U% effettiva del cavo si ottiene nel seguente modo: U%eff = U%tab x (L/100) x (I b /I btab ) dove: L [m] è la lunghezza della linea, I b è la reale corrente d impiego della linea I btab è il valore nella prima colonna della tabella immediatamente superiore a I b, U% tab è il valore di caduta di tensione percentuale fornito dalla tabella in corrispondenza di I btab. Nota: In caso di distribuzione monofase, moltiplicare il valore in tabella per 2. Nel caso di più conduttori in parallelo per fase si considera il valore di U% in corrispondenza della sezione del singolo conduttore, ad una corrente pari a Ib/n conduttori in parallelo.

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14 Protezione contro i sovraccarichi in Bassa Tensione La norma CEI 64.8 richiede che, per la protezione contro le correnti di sovraccarico, si debbano rispettare le due condizioni seguenti: a) Ib In Iz b) If 1,45xIz dove: Ib: In: Iz: If: Corrente d impiego; Corrente nominale del dispositivo di protezione; Portata della conduttura; Corrente di sicuro intervento dell interruttore. in riferimento alle effettive condizioni di funzionamento. Praticamente si deve determinare la sezione di cavo che abbia la portata effettiva superiore a In, If è la corrente di sicuro funzionamento del dispositivo di protezione.

15 Il coordinamento tra un cavo ed un interruttore automatico deve quindi iniziare dalla scelta di un interruttore automatico che abbia una corrente nominale superiore alla corrente di impiego della conduttura riservandosi poi di scegliere un cavo di portata adeguata. Per quando riguarda il rispetto della seconda condizione nel caso di interruttori automatici non è necessaria alcuna verifica, in quanto la corrente di funzionamento è rispettivamente: - 1,45 I n per interruttori per uso domestico conformi alla norma CEI 23-3; - 1,3 I n per interruttori per uso industriale conformi alla norma CEI EN Tale verifica è indispensabile quando il dispositivo di protezione è un fusibile. Il metodo utilizzato in queste dispense prende come riferimento la pubblicazione CEI-UNEL 35024/1 per quanto riguarda le pose non interrate e la pubblicazione CEI-UNEL per le pose interrate. osservazioni: la corrente di funzionamento del fusibile è pari a 1,6 volte la sua corrente nominale. Per tale motivo la portata della conduttura protetta da sovraccarico (a pari condizioni di utilizzazione) sarà differente a secondo del tipo di protezione adottato (interruttore automatico oppure fusibile) e del relativo rapporto tra la corrente di funzionamento e la corrente nominale. 1- Interruttore per uso industriale If = 1,3 x In In Iz; 2- interruttore per uso domestico o similare If = 1,45 x In In Iz; 3- fusibile (con In > 4A) If = (1,6 1,9) x In In (0,9 0,76) x Iz.

16 L interruttore automatico permette di sfruttare totalmente la portata ammessa dalla conduttura. Si fa notare che per la protezione delle linee di alimentazione del quadro di controllo delle pompe del sistema antincendio la norma UNI 9490 prevede l utilizzo di fusibili allo scopo di garantire il non intervento della protezione in caso di sovraccarico. In conclusione le soluzioni previste dalla norma CEI 64-8,come l utilizzo di interruttori automatici, sono ammesse con le raccomandazioni di non proteggere il circuito contro il sovraccarico e di prevedere un sistema di segnalazione del sovraccarico in atto.

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18 Protezione contro il cortocircuito Protezione dei cavi a inizio linea e a fondo linea. I valori di K indicati in tabella sono validi per cortocircuiti di durata inferiore a 5 secondi, per i quali si considera che il riscaldamento dei conduttori avvenga senza trasmissione di calore all isolante ed alle parti circostanti (riscaldamento adiabatico dei conduttori). Energia specifica ammissibile dei cavi La tabella seguente indica le sollecitazioni termiche ammissibili K 2 S 2 per i cavi secondo l isolante, il materiale conduttore e la sezione. I valori di K sono tratti dalla norma CEI Gli stessi valori di K 2 S 2 per i soli cavi in rame isolati in PVC ed EPR/XLPE sono indicati anche a fianco delle curve di limitazione dell energia specifica passante che ogni casa costruttrice deve rilasciare. Esempio 1 In una rete trifase a 400 V, un cavo Cu/PVC di sezione 1,5 mm 2 può essere protetto da un C60L Marlin Gerin di corrente nominale 16A se nel punto di installazione il livello di cortocircuito è 20 ka? Risposta: L energia specifica lasciata passare dal C60L in corrispondenza di una corrente di cortocircuito di 20 ka è pari a A 2 s (vedasi curva di limitazione I2t a pag. 101); questo valore è superiore all energia specifica ammissibile del cavo con sezione 1,5 mm 2. Bisognerà usare un cavo di sezione 2,5 mm 2. costante K conduttore rame alluminio isolante PVC EPR/XLPE Valori di K2S2 [A2s] L interruttore automatico deve poter intervenire correttamente fino al proprio potere d interruzione estremo Icu riferito alla sua tensione d impiego Ue. Il potere d interruzione di servizio Ics è normalmente inferiore a quello estremo in modo che sia possibile mantenere in esercizio l interruttore anche dopo un primo cortocircuito. Oltre a questo l interruttore deve garantire anche la

19 limitazione delle sollecitazioni da cortocircuito. La limitazione dipende fondamentalmente dai tempi d interruzione. La somma del tempo di pre-arco ( tempo che intercorre tra l insorgere del guasto e il distacco dei contatti) e di quello d arco (tempo necessario ad estinguere l arco). Il tempo di pre-arco è fondamentale ai fini della limitazione delle sollecitazioni elettrodinamiche di cortocircuito in quanto la corrente di picco limitata si mantiene a valori inferiori rispetto a quella normale di cortocircuito. Quando il tempo di pre-arco è inferiore a 1 ms si può parlare di interruttori limitatori, se invece il tempo è compreso tra 1 e 4 ms allora sono detti di tipo rapido. Il tempo di pre-arco influisce anche sulla limitazione dell energia specifica di cortocircuito (I 2 t - integrale di joule) che è importante per valutare l attitudine dell interruttore alla protezione contro le sollecitazioni termiche (la caratteristica di limitazione è rilevabile dal grafico della figura). In corrispondenza dell intervento termico la caratteristica della curva di limitazione è irregolare in prossimità della corrente Im di intervento magnetico e non è significativo per correnti fino a 3In (che corrispondono a tempi di interruzione di circa 3-5 s). Superata la corrente Im, individuabile sul diagramma dal tratto verticale, il tempo d interruzione è praticamente costante e l energia specifica passante aumenta all incirca in funzione del quadrato della corrente di cortocircuito effettivamente interrotta. Questa caratteristica I 2 t/icc è necessaria, come vedremo in altro capitolo, per la corretta verifica della protezione dei cavi e per valutare il comportamento selettivo tra interruttori installati in cascata. Cortocircuito a fondo linea La protezione contro i sovraccarichi, posta all inizio della linea e che soddisfa la relazione In o Ir I Z, garantisce anche la protezione contro il cortocircuito a

20 fondo linea. La norma CEI 64-8 identifica i casi in cui non è necessario oppure è raccomandato non proteggere la conduttura dai sovraccarichi. Quando la protezione contro i sovraccarichi non è presente oppure è sovradimensionata, la stessa norma prescrive che l intervento della protezione contro il cortocircuito debba essere verificato anche in caso di cortocircuito a fondo linea. Nota: la sezione della derivazione deve essere comunque protetta contro il cortocircuito inizio linea. 77 Protezione per cortocircuito a fondo linea Nei casi in cui venga a mancare la protezione contro il sovraccarico la norma richiede di verificare l intervento della protezione magnetica in caso di cortocircuito a fondo linea. In questo caso la verifica da eseguire, indicata dalla norma CEI 64-8, è la seguente Iccmin Im Il calcolo della corrente minima si può ottenere nei modi seguenti: Legenda dei simboli: I CC min = valore della corrente di cortocircuito presunta in fondo alla linea. In caso di circuito trifase con neutro la corrente corrisponde alla I CC-FN, in caso di assenza del neutro la corrente corrisponde alla ICC-2F Im = soglia di intervento della protezione magnetica U (V) = tensione nominale del circuito (concatenata) UO (V) = tensione nominale verso terra del circuito (di fase) 0,8 = fattore che tiene conto della riduzione di tensione di alimentazione, durante il cortocircuito, a monte della conduttura protetta SF = sezione del conduttore di fase 1,5 = fattore che tiene conto dell aumento del 50% della resistenza del circuito, rispetto al valore a 20 C, dovuta al riscaldamento del conduttore durante il cortocircuito

21 ρ = resistività a 20 C del materiale conduttore L = lunghezza della conduttura protetta m = rapporto tra la sezione del conduttore di fase e la sezione del conduttore di neutro quando i due conduttori sono realizzati con lo stesso materiale conduttore KX = fattore riduttivo della corrente di cortocircuito che tiene conto della componente induttiva dell impedenza del cavo che costituisce la conduttura da proteggere. Per sezioni non superiori a 95mm2 l errore non è sensibile. Utilizzando le formule della pagina precedente è possibile determinare la tabella delle lunghezze massime protette dei cavi in funzione dei valori di corrente di regolazione magnetica.

22 Protezione contro i corto circuiti (Norme CEI 64-8/4 cap. 434) Tutti i dispositivi e le apparecchiature hanno un potere d interruzione uguale o superiore alla corrente di cortocircuito del punto di installazione, onde evitare l insorgere di pericoli per gli effetti termici e meccanici nei conduttori e relative connessioni. L energia specifica passante (I²t) lasciata fluire dagli organi di protezione dovrà essere inferiore al K² S² della conduttura. Si soddisferà cosi la seguente condizione: (I²t) K² S² dove: (I²T): Integrale di Joule per la durata del c.to c.to (in A²s); S: Sezione dei conduttori (in mm 2 ); K: Fattore corrispondente a 115 per i cavi in rame isolati in PVC; Fattore corrispondente a 135 per i cavi in rame isolati in GOMMA;

23 Fattore corrispondente a 143 per i cavi in rame isolati in EPR e XLPE; Fattore corrispondente a 115 per i cavi ad isolamento minerale in rame con guaina esterna in PVC; Fattore corrispondente a 135 per i cavi ad isolamento minerale in rame nudo e a portata di mano; Fattore corrispondente a 200 per i cavi ad isolamento minerale in rame nudo e non a portata di mano. Calcolo della corrente di cortocircuito Determinazione della corrente di cortocircuito Icc in un punto dell impianto La conoscenza delle correnti di cortocircuito in un impianto elettrico è necessaria per i seguenti scopi: 1- determinare i poteri di interruzione e di chiusura degli interruttori da installare; 2- verificare la tenuta elettrodinamica dei punti critici dell impianto (es. supporti sbarre); 3- verificare la tenuta termica dei cavi; 4- determinare la regolazione dei relé di protezione. In un impianto elettrico di bassa tensione il guasto trifase è quello che dà luogo nella maggior parte dei casi ai valori più elevati della corrente di cortocircuito. Il calcolo delle correnti di cortocircuito si basa sul principio che la corrente di guasto è uguale a quella attribuibile ad un generatore equivalente, la cui forza elettromotrice uguaglia la tensione nominale della rete nel punto di guasto, che alimenti un circuito avente un impedenza unica equivalente a tutte le impedenze della rete a monte, comprese tra i generatori ed il punto di guasto considerato. Determinazione delle correnti di guasto Le seguenti indicazioni si riferiscono a guasti che si manifestano a valle di un trasformatore. Per la valutazione della corrente di cortocircuito a valle di un punto dell impianto di cui si conosce la Icc si rimanda a pagina 66. Guasto trifase La corrente di cortocircuito trifase è generalmente il valore massimo che si può avere sugli impianti in caso di alimentazione tramite trasformatore. Tale corrente si determina nel modo seguente.

24 I valori di resistenza e di reattanza comprendono tutti i componenti dal punto di alimentazione, trasformatore MT/BT, fino al punto di guasto. I valori di resistenza dei cavi sono relativi ad una temperatura di 20 C (condizione di cortocircuito alla messa in servizio dell impianto). Il fattore di tensione previsto dalla norma CEI 11-25, per tenere conto delle variazioni (+5%) a cui può essere soggetta la tensione di esercizio dell impianto in bassa tensione, è c = 1,05. Guasto bifase La corrente di cortocircuito dovuta ad un guasto tra due fasi si determina a partire dal valore di corrente di cortocircuito trifase nel modo seguente. In prossimità del trasformatore la soglia di intervento di corto ritardo delle protezioni deve essere tarata al di sotto della corrente di cortocircuito bifase che può essere inferiore alla corrente di guasto verso terra e di guasto fase neutro. Guasto fase-neutro In caso di guasto monofase la corrente può essere valutata, in qualunque punto dell impianto, nel seguente modo. I valori di resistenza e di reattanza dell anello di guasto comprendono tutti i componenti dal punto di alimentazione (trasformatore MT/BT) fino al punto di guasto. Nel caso si debba determinare la corrente massima per la scelta dell interruttore e per la verifica di tenuta del cavo al cortocircuito, i valori di resistenza devono essere riportati a 20 C e il fattore di tensione deve essere pari a 1,05. Questa relazione può essere utilizzata anche per valutare la corrente di cortocircuito minima a fondo linea quando richiesto dalla norma. In tale, caso per tenere conto dell incremento della resistenza dei cavi durante il guasto, si maggiora il valore delle resistenze con un fattore pari a 1,5 (norma CEI 64-8). La norma CEI indica il fattore di tensione pari a 0,95 previsto per tenere conto della variazione di tensione (-5%) a cui può essere soggetta la tensione di esercizio dell impianto. Guasto fase-terra

25 Per guasto a terra tra fase e PE, la corrente può essere valutata, in qualunque punto dell impianto, nel seguente modo: Anche in questo caso i valori di resistenza e di reattanza dell anello di guasto comprendono tutti i componenti dal punto di alimentazione (trasformatore MT/BT) fino al punto di guasto. Questo valore di corrente serve per regolare correttamente le protezioni in modo che intervengano nei tempi previsti secondo il sistema di neutro attuato. Durante il guasto la temperatura del conduttore aumenta a causa della corrente di guasto. Per tenere conto dell incremento della resistenza dei cavi si maggiora il valore, determinato a 20 C, con un fattore pari a 1,5 e si applica il fattore di tensione c = 0,95 per tenere conto della variazione (-5%) a cui è soggetta la tensione di esercizio dell impianto. Per la valutazione della corrente di guasto verso terra mediante il metodo semplificato indicato dalla norma CEI Determinazione dell Icc a valle di un cavo in funzione dell Icc a monte Per effettuare una valutazione della corrente di cortocircuito all interno degli impianti trattati nel presente corso si può fare riferimento alle tabelle di seguito riportate, conoscendo: 1- la corrente di cortocircuito trifase a monte del cavo; 2- la lunghezza e la sezione del cavo (supposto in rame). Determinato il valore di corrente di cortocircuito a valle, è possibile dimensionare correttamente l interruttore automatico (Pdi > Icc). Se si desidera ottenere valori più precisi, è possibile effettuare un calcolo dettagliato. L approssimazione è nel senso della maggiore sicurezza.

26 Esempio: Si consideri la rete rappresentata qui a lato: cc tensione 400 V; cc cavo con sezione 50 mm 2 in rame e lunghezza 10 m. Procedere sulla riga relativa al cavo utilizzato fino a trovare la corrispondente lunghezza approssimata per difetto

27 (8,8 m); cc corrente di cortocircuito a monte 28 ka. Identificare la riga corrispondente alla Icc a monte approssimata per eccesso (30 ka); a- determinare la corrente di cortocircuito a valle individuando l'intersezione tra: 1- la colonna della lunghezza cavo 8,8 m, 2- la riga relativa a Icc a monte 30 ka. La corrente di cortocircuito a valle è di 24 ka. Scelta degli interruttori: Utilizzando apparecchiature marlin gerin si potrebbe scrivere a- interruttore A: Compact NSX250F TM250D Pdi 36 ka; b- interruttore B: Multi 9 C60L Pdi 15 ka, con Pdi "rinforzato per filiazione" 30 ka; c- interruttore C: Compact NSX160B TM160D Pdi 25 ka.

28 Protezione contro i contatti diretti (Norme CEI 64-8/4 cap. 412) Protezione mediante isolamento delle parti attive: - Tutte le parti attive sono completamente ricoperte con isolamento; - L isolamento può essere rimosso solo mediante distruzione dello stesso; - L isolamento dei componenti elettrici costruiti in fabbrica soddisfa le relative norme. Protezione mediante involucri o barriere: - Per gli involucri o le barriere delle parti attive si è assicurato un grado di protezione >= IP XXB; - Per le apparecchiature a portata di mano si è assicurato un grado di protezione >= IP 4X; - Se è necessario aprire un involucro o rimuovere una barriera per ragioni di esercizio, occorre rispettare almeno una delle seguenti prescrizioni: - Uso di chiave o attrezzo speciale da parte di personale addestrato; - Sezionamento delle parti attive con interblocco meccanico o elettrico; - Interposizione di una barriera intermedia che impedisca il contatto con le parti attive. -Il grado di protezione IP XXB è inteso nel senso che il dito di prova non possa toccare parti in tensione; -Il grado di protezione IP 4X è inteso nel senso che il filo di prova (rigido diam. 1 mm) non possa toccare le parti in tensione.

29 Protezione contro i contatti indiretti Protezione contro i contatti indiretti (bassa tensione) (Norme CEI 64-8/4 cap. 413) Sistema TT Questa tipologia di sistema è caratterizzata da: - messa a terra del sistema di alimentazione tramite un punto di messa a terra (generalmente il neutro o una fase); - collegamento di tutte le masse che devono essere protette da uno stesso dispositivo ad un unico impianto di terra. La protezione contro i contatti indiretti deve essere ottenuta mediante interruzione automatica dell alimentazione per mezzo di dispositivi di protezione a corrente differenziale, oppure dispositivi di protezione contro le sovracorrenti purché, per entrambi, sia verificata la seguente disequazione: dove: Ra x Ia 50 Ra: resistenze dell impianto di terra (condizioni più sfavorevole) in ohm, Ia: è la corrente che provoca il funzionamento automatico del dispositivo di protezione, in Ampere. Al collettore principale di terra saranno collegate:

30 I conduttori di protezione I conduttori equipotenziali principali Il conduttore di terra Tutte le masse Tutte le masse estranee; Il polo di terra di tutte le prese a spina. Quando il dispositivo di protezione è un dispositivo di protezione a corrente differenziale, Ia è la corrente nominale differenziale Idn.

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32 QUADRI ELETTRICI Il DM 37/08, obbliga l installatore a redigere la dichiarazione di conformità relativamente ai lavori svolti. Allegati a tale dichiarazione devono essere, tra l altro, le dichiarazioni di conformità dei singoli prodotti alla Norma relativa ed eventuali marchi. In questo contesto il costruttore del quadro elettrico diviene il responsabile dell apparecchiatura e di conseguenza deve essere in grado di rilasciare una propria dichiarazione di conformità alla relativa Norma di prodotto. Le Norme europee di riferimento per i quadri elettrici sono le seguenti: - CEI EN , 3a edizione (CEI 17-13/1) Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 1: Apparecchiature di serie soggette a prove di tipo (AS) e apparecchiature non di serie parzialmente soggette a prove di tipo. - CEI EN , 1a edizione (CEI 17-13/2) Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 2: Prescrizioni particolari per i condotti sbarre. - CEI EN , 1a edizione (CEI 17-13/3) Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 3: Prescrizioni particolari per apparecchiature assiemate di protezione e di manovra destinate ad essere installate in luoghi dove personale non addestrato ha accesso al loro uso. Quadri di distribuzione (ASD). - CEI EN , 1a edizione (CEI 17-13/4) Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) - Parte 3: Prescrizioni particolari per apparecchiature assiemate per cantiere (ASC). La Norma CEI EN , 3a edizione (CEI 17-13/1) contempla le prescrizioni generali da applicare a tutti i quadri elettrici di bassa tensione. La Norma suddivide i quadri in due grandi categorie: quadri (o meglio apparecchiature assiemate) AS e ANS. In particolare:

33 - 33-1) Apparecchiatura AS: apparecchiatura di protezione e manovra conforme ad un tipo o ad un sistema costruttivo prestabilito senza scostamenti tali da modificare in modo determinante le prestazioni rispetto all apparecchiatura tipo provata secondo quanto prescritto nella presente Norma.

34 - 34-2) Apparecchiatura ANS: apparecchiatura di protezione e manovra contenente sia sistemazioni verificate con prove di tipo, sia sistemazioni non verificate con prove di tipo, purchè queste ultime siano derivate (per esempio attraverso il calcolo) da sistemazioni verificate che abbiano superato le prove previste.

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36 Pertanto, per apparecchiatura di serie (AS), si intende un quadro elettrico che venga cablato allo stesso modo del prototipo precedentemente provato secondo tutte le prove di tipo richieste dalla Norma. E possibile che due quadri AS dello stesso modello abbiano particolari diversi a patto che non vengano modificate quelle parti che potrebbero a loro volta modificare i risultati delle prove di tipo eseguite sul prototipo. L apparecchiatura ANS è invece un quadro che non è stato sottoposto a tutte le prove di tipo previste dalla Norma; in particolare le prove che normalmente vengono omesse sono le seguenti: Verifica dei limiti di sovratemperatura (art CEI 17-13/1), Verifica della tenuta al corto circuito (art CEI 17-13/1). E importante sottolineare che, anche per i quadri AS la prova di tenuta al corto circuito viene omessa quando il valore della corrente di corto circuito (di breve durata o condizionata) nel punto di installazione non è superiore a 10 ka; detto valore viene elevato a 15 ka se la linea o le linee di alimentazione del quadro sono protette con interruttori limitatori che, in corrispondenza del loro

37 potere di interruzione nominale, lascino passare una Ipk (corrente di picco) non superiore a 15 ka. I quadri di distribuzione per uso domestico e similari sono trattati dalla norma CEI 23-51, brevemente esposta nel seguito.

38 Definizioni. Si definisce corrente nominale in entrata (Ine) la corrente nominale del dispositivo di protezione o manovra in entrata (o la somma delle correnti nominali se il quadro ha più dispositivi in entrata destinati a funzionare contemporaneamente), moltiplicata per il coefficiente di utilizzazione Ke, assunto pari a 0,85.

39 La corrente nominale in uscita (Inu) è definita come la somma delle correnti nominali dei dispositivi di protezione e/o di manovra in uscita destinati ad essere utilizzati contemporaneamente. Si definisce corrente nominale del quadro (Inq) il valore più basso tra la corrente nominale in entrata (Ine) e quella in uscita (Inu). Limiti di applicazione della Norma. Per poter applicare la Norma CEI è necessario che i quadri per usi domestici e similari rispondano ai seguenti requisiti: a) involucro conforme alla Norma CEI 23-49, dichiarato tale dal costruttore mediante dichiarazione diretta o mediante cataloghi; su tale involucro deve essere indicata la potenza massima dissipabile, detta Pinv; b) corrente nominale in entrata non superiore a 125 A; se il quadro fosse privo di dispositivi in entrata, la limitazione di 125 A si applicherebbe alla corrente nominale in uscita. c) installazione possibile sol in punti in cui la corrente presunta di corto circuito nominale non superi i 10 ka ameno che tali quadri non siano dotati di dispositivi limitatori di corrente aventi corrente limitata non superiore a 15 ka in corrispondenza del loro potere di interruzione nominale. Classificazioni, prescrizioni. I quadri per uso domestico e similare vengono suddivisi in due grandi categorie. A - Quadri con corrente nominale monofase fino a 32 A. L 'unica prescrizione per questi quadri è la presenza di una targa, posta anche dietro la portella, che riporti in maniera indelebile i seguenti dati: nome o marchio del costruttore; tipo o altro mezzo di identificazione del quadro; corrente nominale del quadro;

40 natura della corrente e frequenza; tensione nominale di funzionamento grado di protezione. B - Quadri non compresi tra quelli indicati in A e con corrente nominale minore di 125 A. Per questi quadri si applicano le seguenti prescrizioni: devono essere dotati di targa come i precedenti; deve essere misurata la resistenza di isolamento tra ciascun conduttore attivo e la massa e tra i conduttori attivi tra loro; la resistenza deve risultare superiore a 1000 Q/V per ciascun circuito riferita alla tensione nominale verso terra; devono essere realizzati assiemando involucri con una potenza massima dissipabile: Pinv minore di Ptot dove: Ptot è la potenza totale dissipata nel quadro. devono essere corredati da una relazione che riporti i calcoli della potenza dissipata.

41 Una parte degli infortuni, purtroppo spesso mortali, sono causati dalla non corretta esecuzione a regola d arte degli impianti elettrici soprattutto nei cantieri q quindi vanno sottolineati aspetti quali quello dei quadri di cantiere.

42 L impianto elettrico di cantiere è l insieme dei componenti elettrici, ubicati all interno del recinto di cantiere, tra loro elettricamente associati in modo da rendere disponibile l energia elettrica a tutti gli apparecchi utilizzatori del cantiere. L impianto trae origine dal punto di allacciamento della linea di alimentazione del quadro generale di cantiere. Questo coincide con il punto di fornitura o, nei casi in cui l alimentazione è derivata da un impianto esistente, con i morsetti dell interruttore immediatamente a monte della linea di cantiere. I componenti di maggior rilevanza dell impianto di cantiere sono: - i cavi e le condutture; - le prese a spina, gli avvolgicavi e le prolunghe; - l impianto di terra; - i quadri ASC. Questi ultimi, costituiscono il cuore dell impianto perché contengono tutti i necessari dispositivi di manovra e protezione, nonché le prese a spina e le necessarie connessioni elettriche e meccaniche che di fatto costituiscono le partenze delle varie linee elettriche del cantiere. Tutti i quadri per cantiere devono essere di tipo AS (vedasi box) e in particolare soddisfare i requisiti della norma europea Cei En , la quale prevede che i quadri per cantiere abbiano tutti gli apparecchi posti all interno di un involucro munito di pannelli asportabili, di pannelli di copertura o di portine tali da consentire la connessione dei cavi e la manutenzione, con la sola eccezione di eventuali prese a spina, manopole e pulsanti di comando che possono essere accessibili senza l uso di una chiave o di un attrezzo. Il grado minimo di protezione deve essere non inferiore a IP44 a quadro chiuso e non inferiore a IP21 a porta aperta, quando si accede ai comandi. I dispositivi per l entrata dei cavi devono essere specificati dal costruttore e le uscite dei cavi devono essere ubicate a una distanza minima dal suolo compatibile con il raggio di curvatura del cavo più grande che possa essere collegato. I terminali per conduttori esterni devono consentire che tutte le

43 connessioni siano effettuabili più volte oppure devono essere costituiti da prese a spina, con corrente nominale di almeno 16 A. Le spine aventi valori di corrente o di tensione nominale diversi tra loro, non devono essere intercambiabili, onde evitare errori e le connessioni per le prese a spina trifase devono essere realizzate in modo da rispettare lo stesso ordine delle fasi. La sezione di ogni conduttore di protezione all interno del quadro, che non faccia parte di un cavo, non deve essere inferiore a 2,5 mm 2. In uno stesso involucro possono essere installati solo apparecchi aventi la medesima sorgente di alimentazione. Il quadro per cantiere può essere di tipo trasportabile o semifisso; in tal caso la sua collocazione può variare durante il lavoro nello stesso cantiere, spostamento che può essere effettuato solo dopo aver posto fuori tensione il quadro, oppure di tipo mobile, quando cioè può essere spostato in dipendenza dell avanzamento del lavoro del cantiere senza essere posto fuori tensione. Nello specifico, le tipologie di quadri ASC previste per l installazione nei cantieri sono le seguenti: - quadro di alimentazione di entrata e di misura: è destinato alla connessione alla rete pubblica e in esso sono contenuti gli strumenti per la misura dell energia consumata; - quadro di distribuzione principale: la sua collocazione è immediatamente a valle del quadro di alimentazione ed è costituito da un unità di entrata (provvista di un dispositivo di sezionamento) e da una o più unità di uscita che, a loro volta, possono essere costituite da uno o più circuiti. - quadro di distribuzione: può essere derivato sia direttamente dal quadro di alimentazione di entrata sia da quello di distribuzione principale. È destinato alla distribuzione dell energia elettrica per l illuminazione, per la forza motrice e per l alimentazione di eventuali quadri secondari e/o macchine di cantiere;

44 quadro di trasformazione: è composto da un unità contenente l unità di trasformazione bassa/bassissima tensione (BT/Felv o BT/Selv) e da una o più unità di trasformazione bassa/bassa tensione. Tutte le prese a spina che fanno capo a questo quadro devono essere protette con interruttore differenziale con Idn 30 ma; - quadro di distribuzione finale: ad esso vanno collegati gli utensili elettrici portatili e le altre apparecchiature di cantiere. La corrente nominale deve essere inferiore a 125 A e la protezione contro i contatti indiretti deve essere assicurata da un interruttore differenziale con Idn = 30 ma; - quadro di prese a spina: può essere mobile o trasportabile e tutte le unità sono costituite da sole prese a spina. È necessario che ciascuna presa a spina sia protetta contro il sovraccarico e inoltre le prese a spina devono essere protette (anche a gruppi non superiori a 6 prese a spina) da un interruttore differenziale. Da ultimo si ricorda che i quadri per cantiere, analogamente a tutte le altre tipologie di quadri elettrici, devono essere corredati da una o più targhe indelebili e visibili a quadro in opera, sulle quali devono essere riportate le seguenti informazioni: - il nome del costruttore o il marchio di fabbrica; - il tipo o il numero di identificazione; - la norma di riferimento; - il grado di protezione IP; - il valore nominale della corrente e la sua natura; - le tensioni nominali di funzionamento e di impiego; - il peso (se superiore a 50 kg).

45 RIEPILOGO SUL GRADO DI PROTEZIONE DEGLI INVOLUCRI

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