Esame di Stato di Istituto Tecnico Industriale. Indirizzo: Elettrotecnica ed Automazione. Tema di: Impianti Elettrici

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1 Esame di Stato di Istituto Tecnico Industriale Indirizzo: Elettrotecnica ed Automazione Tema di: Impianti Elettrici Testo: Un complesso residenziale comprende le seguenti utenze: cinque villette con box auto separato e giardino privato, potenza contrattuale di ognuna 6 kw; un area condominiale con viale a percorrenza carrabile e pedonale, potenza di illuminazione 2 kw; un campo da tennis, potenza illuminazione 3,6 kw ; una centrale idrica, potenza assorbita 2 kw ; un cancello elettrico, potenza assorbita 450 W ; impianti ausiliari, potenza assorbita 300 W ; Dalla planimetria del complesso si rileva che lunghezza dei montanti, tra i contatori di energia e i quadri elettrici delle villette, sono variabili tra 35 e 100 m, mentre la lunghezza del montante tra il contatore servizi comuni e il quadro elettrico del campo da tennis è di 100 m. Il candidato, fatte le eventuali ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie, stabilite le caratteristiche generali del progetto e disegnato lo schema unificare a blocchi della distribuzione elettrica, determini: 1. la potenza contrattuale dei servizi comuni e il relativo schema unificare del quadro elettrico giustificando i criteri di scelta delle apparecchiature presenti nello schema proposto; 2. le caratteristiche dei montanti che alimentano i quadri elettrici delle villette e il quadro elettrico del campo da tennis; 3. la costituzione e le caratteristiche dell impianto di terra del complesso. Inoltre il candidato, dopo aver disegnato lo schema del quadro elettrico di una villetta, giustifichi i criteri di scelta delle apparecchiature presenti nello schema proposto. Soluzione Compito del 26 Giugno 2009 Pagina 1 di 8

2 Generalità dell impianto Lo schema a blocchi dell impianto è il seguente: Svolgimento Soluzione Compito del 26 Giugno 2009 Pagina 2 di 8

3 Valutiamo ora la Potenza massima dei servizi comuni P tot = = 8350W Considerando i coefficienti di utilizzazione e contemporaneità delle varie utenze, assumendo Kc=1 per tutte le utenze otteniamo: P illumin.= 2000x1x0,8=1600W P c. Tennis = 3600x1x0,6= 2160W P cent. Idrica = 2000x1x0,7= 1400W P cancello = 450x1x 0,7= 315W Pa usiliari = 300x1x0,7= 210W I coefficienti K u vengono scelti da manuale o assunti secondo opportune valutazioni. Risulta quindi una potenza per le utenze comuni pari a P= = 5685W. Si assume una potenza contrattuale pari a 6 kw +10% Le varie utenze assorbono rispettivamente Impianto luci I= 2000/( ,9) = 3,2 A distribuzione trifase Campo tennis I= 3600/( ,8) = 6,5A distribuzione trifase Centrale idrica I= 2000/(230 0,9) = 10A distribuzione monofase Cancello I= 450/(230 0,9) = 2,17A distribuzione monofase Ausiliari I= 300/(230 0,9) = 1,45A distribuzione monofase Il Quadro Generale può essere così riassunto: Soluzione Compito del 26 Giugno 2009 Pagina 3 di 8

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5 Per il campo da tennis risulta: I b = 6,5A (corrente di impiego) Supponendo una caduta di tensione percentuale del 2% risulta una V= 8V e quindi si ricava una caduta di tensione unitaria pari a u= 8/(100x 6,5)= 12,32 mv/a * m Da manuale risulta per i cavi multipolari trifase u = 3,73 mv/a*m e quindi si ricava un cavo di sezione di 4 mm 2 in grado di portare la corrente richiesta dal carico. Si potrebbe utilizzare un cavo multipolare tipo FG7-OR adatto per posa interrata. Il cavo sarà posto ad una profondità pari a 80 cm. Le villette hanno, vista la potenza contrattuale, un assorbimento massimo pari a I max = 6600/(230x0,9)= 32A Volendo garantire sulle dorsali una V%= 3% e quindi una V= 6,9V si ricava la sezione del cavo multipolare da utilizzare. Per la villetta più distante, posta a 100m dal gruppo di misura, risulta u= 6,9/(100x 32) = 2,15mV/A * m. Da manuale si ricava u = 1,55 mv/a * m e quindi una sezione di 25 mm 2. Per le villette poste alla distanza minima di 35 m risulta: u= 6,9/(35x 32) = 6,16 mv/a * m. Da manuale si ricava u = 3,735 mv/a * m e quindi una sezione di 10 mm 2. Dalle tabelle relative alla portata dei cavi si verifica che tali sezioni hanno una portata Iz > Ib delle singole unità abitative. Le 5 linee, alloggiate in cavidotti interrati e posti ad una profondità di 80 cm saranno realizzate in cavo multipolare tipo FG7-Or adatto per posa interrata. Per ciascuna villetta il quadro è così composto: Soluzione Compito del 26 Giugno 2009 Pagina 5 di 8

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7 Scelta delle apparecchiature Protezione dai contatti diretti: La protezione da realizzare sarà di tipo totale, cioè adeguata ad un ambiente con presenza di personale non addestrato. Tale protezione viene realizzata attraverso l'isolamento delle parti attive con isolanti di adeguato grado di isolamento e con l'utilizzo di involucri con grado di protezione. Abbiamo individuato come minimo il grado IP2X (oppure IPXXB) e, per le parti superficiali superiori degli involucri accessibili, il grado minimo IP4X (oppureipxxd). Gli interruttori differenziali costituiscono una protezione addizionale per i contatti indiretti. Per i servizi sarà previsto un collegamento equipotenziale supplementare e l'utilizzo di dispositivi differenziali ad alta sensibilità (0,03A). Protezione dai contatti indiretti: Essendo il sistema di distribuzione di tipo TT la protezione viene realizzata coordinando i dispositivi d'interruzione dell'alimentazione presenti sulle varie linee (interruttori con dispositivo sganciatore differenziale) con l'impianto di terra dell'edificio. Affinchè tale protezione sia efficace, la resistenza dell'impianto di terra dell'edificio dovrà rispettare la nota disequazione R E < 50 / 0,03 (dove R E è la resistenza di terra e 50V è la tensione di contatto limite convenzionale e 0,03A è la maggiore corrente d'intervento differenziale presente nell'impianto). Per alcune parti dell'impianto la protezione può anche essere realizzata utilizzando componenti a doppio isolamento. Tutte le masse e le masse estranee dovranno essere collegate all'impianto di terra. Criteri di scelta delle apparecchiature di manovra e protezione presenti nei quadri: Per le apparecchiature di manovra la scelta è individuata dalla tensione nominale, dal numero di poli e dalla corrente nominale (I n > I b ). Per gli interruttori magnetotermici si dovrà rispettare la nota disequazione: I b I n I z per la protezione dal sovraccarico e le seguenti disequazioni: I cn (potere d'interruzione) I cc (nel punto d'installazione) e I² * t < (K * S)² per la protezione dal corto circuito. Il potere d'interruzione nel nostro caso sarà di 6kA per gli interruttori del quadro generale e di 4,5kA per gli interruttori degli altri quadri dato che il montante più le linee di collegamento tra il quadro generale e i sottoquadri determinano una riduzione della corrente di corto circuito ad un valore inferiore a 4,5kA. La corrente d'intervento differenziale per i magnetotermici differenziali sarà di 30mA per tutte le linee. La scelta dei diversi interruttori sarà realizzata anche tenendo conto della selettività di intervento che si vuole realizzare sia amperometrica sia cronometrica. Quindi per quanto possibile gli interruttori a monte avranno tempi d'intervento e correnti d'intervento maggiori di quelli a valle. Impianto di terra Una possibile configurazione dell impianto di terra è quella seguente: Soluzione Compito del 26 Giugno 2009 Pagina 7 di 8

8 Elemento disperdente costituito da n. 3 dispersori a picchetto da installare sul retro delle villette, parallelamente alle pareti degli edifici, a distanza di circa 15 m l uno dall altro, del tipo a picchetto massiccio; in rame, di lunghezza minima 1,5 m, diametro 18 mm. Conduttore di terra per il collegamento dei dispersori, da costituire mediante un cavo unipolare in rame di sezione 16 mm 2 da posarsi entro una tubazione interrata. Conduttore di terra per il collegamento tra il dispersore centrale e il collettore generale di terra, avente le medesime caratteristiche del conduttore indicato precedentemente. Collettore generale di terra da porre in un locale quadro, costituito da una barra conduttrice con morsetti. Conduttore equipotenziale principale (EQP) per il collegamento tra il collettore e le tubazioni metalliche dell acqua potabile, da portare all interno del locale della centrale idrica per la connessione a valle del contatore dell acqua; tale sezione sarà non inferiore a ½ di quella del conduttore di protezione principale, con un minimo di 1,5 mm 2. Per il calcolo della resistenza dell impianto di terra si possono fare le seguenti ipotesi (i dati sono ottenibili dai manuali): resistività del terreno: 200 Ω resistenza di ciascun dispersore verticale a picchetto (lunghezza 1,5 m e diametro 18 mm 2 ): 112 Ω resistenza equivalente dei 3 picchetti elettricamente indipendenti : 112 / 3 = 38 Ω. Per gli ambienti ordinari dei sistemi TT usiamo come dispositivo d interruzione un interruttore differenziale; rispettando la condizione R A* I dn 50 Ω (R A è la resistenza totale tra la massa e il punto convenzionale a potenziale zero, comprensiva della resistenza di terra) e imponendo 30 ma il massimo valore di I dn, si ricava dalla relazione precedente che R A 1660 Ω, condizione ampiamente verificata con R E = 38 Ω, dato che R A è solo di poco superiore a R E per il basso valore della resistenza dei conduttori di terra e di protezione. Commento Quesito di difficoltà media; testo comprensibile, risoluzione abbastanza scorrevole, tuttavia risulta non facilissimo da completare nel tempo assegnato. Le tematiche sono utili, e riconducibili a quelle tipiche di una classe Quinta di un Istituto Tecnico Industriale Indirizzo Automazione, svolte durante il Corso di Impianti Elettrici. Prof. Angelo Fuochi Docente di Elettrotecnica Soluzione Compito del 26 Giugno 2009 Pagina 8 di 8