3 - Caratteristiche della rete

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1 Indice 3 - Caratteristiche Sistemi di distribuzione pag. 18 Protezione e sezionamento dei circuiti pag. 22 La sicurezza nei sistemi TT pag. 23 La sicurezza nei sistemi TN pag. 24 La sicurezza nei sistemi IT pag. 26 Ulteriori prescrizioni normative pag

2 Sistemi di distribuzione Sistemi TT e TN Nelle reti BT si considerano tre modi di collegamento a terra (detti anche sistemi di neutro): sistema TT; sistema TN in 3 varianti: TN-C, TN-S e TN-C-S; sistema IT. Essi differiscono per la messa a terra del neutro e per il tipo di collegamento a terra delle masse. Gli schemi e le principali caratteristiche di questi tre sistemi sono indicati qui di seguito. Gli apparehi installati sulle reti devono assicurare la protezione dei beni e delle persone e soddisfare le esigenze di continuità di servizio dell impianto. Sistema TT: neutro collegato a terra Neutro collegato direttamente a terra; masse collegate a terra (solitamente interconnesse); sgancio obbligatorio al primo guasto d isolamento, eliminato tramite un dispositivo differenziale a corrente residua posto a monte dell installazione ed eventualmente su ogni partenza per migliorare la selettività. Considerazioni Soluzione più semplice per l installazione; non necessita di manutenzioni frequenti (è necessario verificare periodicamente il funzionamento del dispositivo differenziale mediante il tasto di test). Impiego Sistema elettrico in cui l utenza è alimentata direttamente dalla rete pubblica di distribuzione in bassa tensione (edifici residenziali e similari). Nota 1: se le masse non sono collegate ad una terra comune, deve essere utilizzato un dispositivo differenziale su ogni partenza. PE N utilizzatori Sistema TN: masse collegate al neutro Neutro collegato direttamente a terra; conduttore di neutro e conduttore di protezione comuni (PEN): sistema TN-C; conduttore di neutro e conduttore di protezione separati (PE + N): TN-S; masse collegate al conduttore di protezione, a sua volta collegato al punto di messa a terra dell alimentazione. Si raomanda di collegare il conduttore di protezione a terra in più punti; sgancio obbligatorio al primo guasto d isolamento, eliminato tramite i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti o tramite dispositivo differenziale. Considerazioni Il sistema TN-C consente risparmio sull installazione (impiego di interruttori tripolari e soppressione di un conduttore); aumenta i rischi di incendio in caso di forti correnti di guasto; la verifica dell intervento della protezione deve essere effettuata, se possibile, durante lo studio tramite calcoli, ed eventualmente al momento della messa in funzione tramite strumenti di misura. Questa verifica è la sola garanzia di funzionamento, sia al momento del collaudo, sia al momento dell utilizzazione, sia dopo qualsiasi modifica o ampliamento sulla rete. Impiego Sistema elettrico con propria cabina di trasformazione (stabilimenti industriali). Nota 1: nel sistema TN-C il conduttore PEN e nel sistema TN-S il conduttore PE non devono mai essere interrotti. Nota 2: nel sistema TN-C le funzioni di protezione e di neutro sono assolte dallo stesso conduttore. In particolare il conduttore PEN deve essere direttamente collegato al morsetto di terra dell utilizzatore e quindi, tramite un ponte, al morsetto di neutro. Nota 3: i sistemi TN-C e TN-S possono essere utilizzati in una medesima installazione (sistema TN-C-S).Il sistema TN-C deve obbligatoriamente trovarsi a monte del sistema TN-S. Nota 4: per sezioni di fase <10 mm 2 in Cu o < 16 mm 2 in Al e in presenza di cavi flessibili è sconsigliabile l utilizzo di un sistema TN-C. Nota 5: nel sistema TN-C il dispositivo di protezione differenziale non può essere utilizzato sulle partenze con neutro distribuito. Nota 6: in presenza di ambienti a maggior rischio in caso di incendio è vietato l uso del sistema TN-C PEN Sistema TNC utilizzatori 18

3 Sistema IT N PE Sistema TNS utilizzatori Sistema IT: neutro isolato Neutro isolato da terra o collegato a terra attraverso un'impedenza di valore sufficientemente elevato (qualche centinaio di Ohm); masse collegate a terra individualmente, per gruppi o collettivamente (si raomanda la messa a terra collettiva); segnalazione obbligatoria al primo guasto d'isolamento tramite un controllore permanente d'isolamento (CPI) installato tra neutro e terra; sgancio non obbligatorio al primo guasto; ricerca ed eliminazione del primo guasto; sgancio obbligatorio al secondo guasto d'isolamento tramite i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti o tramite dispositivo differenziale. Considerazioni Necessita di personale qualificato per la manutenzione; soluzione che assicura una migliore continuità di servizio; richiede un buon livello d'isolamento (implica la frammentazione se questa è molto estesa, e l'alimentazione degli apparehi utilizzatori con dispersioni elevate tramite trasformatori di separazione); la verifica dello sgancio al secondo guasto deve essere effettuata durante lo studio tramite calcoli ed eventualmente alla messa in funzione tramite strumenti di misura. Impiego Sistema elettrico con propria cabina di trasformazione (con necessità prioritaria di continuità di servizio). Nota 1: con le masse collegate a terra per gruppi o individualmente, verificare l intervento dei dispositivi automatici secondo la condizione richiesta per i sistemi TT (praticamente è sempre necessaria l installazione di un dispositivo differenziale). Nota 2: con le masse collegate a terra collettivamente, verificare l intervento del dispositivo automatico secondo una condizione analoga a quella richiesta per i sistemi TN. Nota 3: la norma raomanda vivamente di non distribuire il neutro nei sistemi IT. 19

4 Sistemi di distribuzione Separazione elettrica Sistema di protezione per separazione elettrica Un metodo di protezione contro i contatti indiretti previsto dalla norma CEI 64-8 e alternativo all interruzione automatica dell alimentazione è la separazione elettrica. Con questo metodo l alimentazione del circuito deve essere realizzata con un trasformatore di isolamento o con una sorgente avente caratteristiche di sicurezza equivalenti (es. gruppo motore-generatore con avvolgimenti separati in modo equivalente a quelli del trasformatore). La tensione nominale del circuito separato non deve superare 500 V. Le parti attive del circuito separato non devono essere connesse in alcun punto a terra e devono essere separate rispetto a quelle di altri circuiti con un isolamento equivalente a quello esistente tra avvolgimento primario e secondario del trasformatore di isolamento. Le masse del circuito separato devono essere collegate tra loro mediante collegamenti equipotenziali non connessi a terra ne a conduttori di protezione o a masse di altri circuiti. Le prese a spina devono avere un contatto di protezione per il collegamento al conduttore equipotenziale così come i cavi che alimentano i componenti elettrici devono possedere un conduttore di protezione. Con questo metodo al verificarsi di un primo guasto nel circuito separato la corrente di guasto non può praticamente circolare. Al secondo guasto su una polarità diversa da quella interessata dal primo guasto deve intervenire una protezione automatica secondo il criterio stabilito dalla norma per il sistema TN. Sistemi a bassissima tensione La norma CEI 64.8 individua due sistemi di distribuzione e le rispettive prescrizioni costruttive per garantire la protezione contro i contatti diretti e indiretti. I due sistemi sono denominati: a bassissima tensione di sicurezza (SELV); a bassissima tensione di protezione (PELV). Inoltre se per ragioni funzionali si utilizzano bassissime tensioni, la norma prevede un sistema denominato a bassissima tensione funzionale (FELV). I circuiti SELV e PELV devono essere alimentati: con tensioni non superiori a 50 V CA e 120 V CC non ondulata. In alcuni ambienti a maggior rischio la tensione di alimentazione deve essere ridotta a 25 V CA e 60 V CC; da una delle seguenti sorgenti: vv trasformatore di sicurezza (CEI EN (CEI 96-7), vv da sorgente con grado di sicurezza equivalente, vv da sorgenti elettrochimiche (batterie di aumulatori), vv da dispositivi elettronici (gruppi statici). Inoltre le parti attive devono essere protette contro i contatti diretti mediante involucro con grado di protezione non inferiore a IPXXB o isolamento in grado di sopportare una tensione di prova di 500 Veff. per 1 minuto (in ogni caso per PELV, solo se Un > 25 VCA o 60 VCC per SELV). Data la complessità della materia si consiglia di consultare la norma. 20

5 Sistemi a bassissima tensione Trasformatore di sicurezza Trasformatore di sicurezza Trasformatore di isolamento 50 V max 50 V max 50 V max Utilizzatore 400 V Circuiti separati Utilizzatore Utilizzatore 400 V Circuiti separati 400 V Sistema SELV Il sistema SELV garantisce un elevato livello di sicurezza verso il pericolo di contatti diretti e indiretti e per questo motivo viene impiegato in ambiente a maggior rischio come luoghi conduttori ristretti, luoghi con pareti conduttrici e luoghi con alto livello di umidità. Condizioni di installazione Masse non collegate né a terra né al conduttore di protezione o alle masse di altri circuiti elettrici; parti attive del circuito di alimentazione principale o di eventuali altri circuiti a bassissima tensione PELV o FELV devono essere separate dal circuito SELV mediante schermo o guaina per garantire un livello di sicurezza non inferiore a quello previsto per la sorgente di alimentazione; prese a spina senza contatto per il conduttore di protezione di tipo tale da non consentire l'introduzione di spine di altri sistemi elettrici; le spine non devono poter entrare nelle prese di altri sistemi elettrici. Sistema PELV Per soddisfare i criteri di sicurezza e affidabilità dei circuiti di comando o per esigenze funzionali può essere necessario collegare a terra un punto del circuito attivo. In tal caso viene utilizzato il sistema PELV che garantisce un livello di sicurezza inferiore rispetto al sistema SELV in quanto non risulta completamente isolato dal sistema esterno. Un guasto verso terra del circuito primario potrebbe introdurre attraverso l impianto di terra delle tensioni pericolose sulle masse del sistema PELV, tale rischio è aettabile per la presenza, sul circuito principale, dei dispositivi automatici atti alla protezione contro i contatti indiretti. Condizioni di installazione Masse collegate a terra (non obbligatorio); parti attive del circuito di alimentazione principale separate dal circuito PELV mediante schermo o guaina atti a garantire un livello di sicurezza non inferiore a quello previsto per la sorgente di alimentazione; prese a spina con o senza contatti per il conduttore di protezione, di tipo tale da non consentire l introduzione di spine di altri sistemi elettrici; le spine non devono poter entrare nelle prese di altri sistemi elettrici. Sistema FELV Il circuito FELV è un circuito alimentato, per ragioni funzionali, con un normale trasformatore con tensione secondaria non superiore a 50 V. Un guasto di isolamento tra primario e secondario del trasformatore può introdurre tensioni pericolose per le persone senza che i dispositivi a monte del circuito FELV intervengano. Il circuito FELV richiede l utilizzo di dispositivi automatici di interruzione atti a garantire la protezione contro i contatti indiretti. Condizioni di installazione Masse obbligatoriamente collegate a terra; grado di isolamento dei componenti pari a quello del circuito primario; prese a spina con contatto per il conduttore di protezione, di tipo tale da non consentire l introduzione delle spine del sistema FELV nelle prese alimentate con altre tensioni e da non consentire l introduzione di spine di altri circuiti nelle prese del sistema FELV. coordinamento del circuito di protezione con il dispositivo automatico di interruzione previsto sul circuito principale per garantire la protezione contro i contatti indiretti. 21

6 Protezione e sezionamento dei circuiti Numero di poli da interrompere e proteggere Protezione e sezionamento dei circuiti ll numero di poli indicato è valido per gli interruttori automatici che assicurano contemporaneamente le funzioni di protezione, manovra e sezionamento. sistema TT o TNS neutro non distribuito trifase schema A neutro distribuito trifase + N SN = SF: schemi B o C SN < SF: schema C sotto la condizione 5 fase + N fase + fase o schema B sotto le condizioni 1 e 2 schemi D o E schema E sistema TNC neutro non distribuito trifase schema A neutro distribuito trifase + PEN SPEN = SF: schema F fase + PEN sistema IT neutro non distribuito trifase schema A neutro distribuito trifase + N schema C fase + N schema E fase + fase schema E SPEN < SF: schema F sotto la condizione 4 SPEN = SF: schema G schema A schema B schema C schema D schema E schema F schema G PEN PEN Condizione 1 Il conduttore di neutro, di opportuna sezione, deve essere protetto contro il cortocircuito dal dispositivo di protezione delle fasi. Condizione 2 Solo in presenza di un sistema sostanzialmente equilibrato. La massima corrente che può attraversare il conduttore di neutro è, in servizio ordinario, nettamente inferiore alla portata di questo conduttore. Condizione 3 Quando la protezione del neutro è già assicurata da un dispositivo di protezione a monte contro il cortocircuito o quando il circuito è protetto da un dispositivo a corrente differenziale residua che interrompe tutti i conduttori. Condizione 4 Se non sono soddisfatte le condizioni 1 e 2 si deve disporre sul conduttore PEN un dispositivo sensibile alle sovracorrenti che interrompa le fasi, ma non il conduttore PEN. Condizione 5 La protezione del neutro deve essere adatta alla sua sezione. Nota 1: la norma CEI 64.8 raomanda di non distribuire il neutro nei sistemi IT. Nota 2: il conduttore di neutro deve avere la stessa sezione del conduttore di fase in circuiti monofasi e in circuiti polifasi con sezione di fase 16 mm 2 (rame) e 25 mm 2 (alluminio). 22

7 La sicurezza nei sistemi TT Presentazione Prescrizioni per ambienti particolari In un sistema TT, per garantire la protezione delle persone contro i contatti indiretti, deve essere soddisfatta la seguente relazione: Idn < VL RE dove: IDn [A] è la corrente che provoca l intervento automatico del dispositivo di protezione a corrente differenziale; VL [V] è la tensione limite di contatto pari a 50 V (25 V in ambienti a maggior rischio); RE [Ω] è la resistenza del dispersore. Utilizzando un dispositivo differenziale ad alta sensibilità, il collegamento delle masse con la terra può avere un valore di resistenza elevato (vedi tabella) senza compromettere l intervento del dispositivo. L impiego di un dispositivo differenziale consente di prevedere un impianto di terra facile da realizzare ed affidabile nel tempo. Il dispositivo differenziale può essere: parte integrante del dispositivo di interruzione automatica (sganciatori elettronici con opzione T o W). In questo caso il dispositivo differenziale ha lo scopo di proteggere l'impianto dai guasti verso terra e viene installato sugli interruttori generali; direttamente associato al dispositivo di interruzione automatica (blohi Vigi); esterno al dispositivo di interruzione automatica (Vigirex). valori massimi della resistenza di terra RA [Ω] IDn [A] VL [V] , , , ,5 30 1,6 0,8 23

8 La sicurezza nei sistemi TN Presentazione In un sistema TN per garantire la protezione contro i contatti indiretti deve essere soddisfatta la seguente relazione: Ia Uo Zs dove: Ia [A] è la corrente che provoca l apertura automatica del dispositivo di protezione entro i tempi previsti dalla norma in funzione della tensione nominale verso terra del sistema, indicati nella tabella sottostante. tempi massimi di interruzione per i sistemi TN U0 [V] tempi di interruzione [s] 120 0, , ,2 >400 0,1 Uo [V] è la tensione nominale (valore efficace) tra fase e terra; Zs [Ω] è l'impedenza dell'anello di guasto dalla sorgente di energia fino al punto di guasto e comprende l'impedenza del conduttore di fase e di protezione trascurando l'impedenza di guasto. I dispositivi di interruzione automatica ammessi dalle norme sono il dispositivo a corrente differenziale e il dispositivo di protezione contro le sovracorrenti. Che corrente di intervento utilizzare Se si utilizza per la protezione delle persone lo stesso dispositivo impiegato per la protezione contro le sovracorrenti, è consigliabile utilizzare, per la verifica della relazione sopra riportata, la corrente di intervento della protezione magnetica Im [A]. Il tempo di intervento della protezione magnetica è infatti inferiore ai tempi massimi previsti della norma. La relazione iniziale diventa: Im Uo Zs Tuttavia si ricorda che per circuiti di distribuzione e per circuiti terminali protetti con dispositivo di protezione contro le sovracorrenti con corrente nominale o di regolazione superiore a 32A la norma ammette tempi di intervento inferiori o uguali a 5 s. Se il dispositivo di interruzione è equipaggiato con una protezione differenziale, la corrente utilizzata per la verifica è la soglia di intervento nominale I n del dispositivo differenziale: I n Uo Zs Selettività differenziale Per realizzare la selettività, tra protezioni differenziali disposte in serie, verificare le relazioni riportate a pag La norma ammette, l impiego di dispositivi differenziali selettivi del tipo S oppure di dispositivi differenziali regolabili in tempo e corrente. Nota: i tempi massimi di interruzione indicati in tabella si applicano ai circuiti terminali protetti con dispositivo di protezione contro le sovracorrenti aventi corrente nominale o regolabile non superiore a 32 A. 24

9 Come ottenere la protezione contro i contatti indiretti Qualora la protezione contro i contatti indiretti non sia verificata utilizzando i comuni dispositivi di protezione si possono impiegare i seguenti aorgimenti: utilizzare uno sganciatore a soglia magnetica bassa: vv interruttori modulari con curva di intervento tipo B, vv interruttori scatolati con sganciatore magnetotermico tipo G, vv interruttori equipaggiati con sganciatore elettronico tipo Micrologic. Abbassando la soglia di intervento del relé magnetico è possibile proteggere contro i contatti indiretti condutture di lunghezza maggiore. In tal caso si consiglia di verificare i limiti di selettività determinati precedentemente. Utilizzare un dispositivo differenziale. Il suo impiego permette di realizzare la protezione contro i contatti indiretti in tutti quei casi dove l intervento della protezione magnetica non è assicurata: vv circuiti soggetti a modifiche e ampliamenti importanti, vv impedenze di guasto elevata o di difficile valutazione. L utilizzo del dispositivo differenziale, nella maggior parte dei casi, rende la protezione indipendente dai parametri dell impianto elettrico (lunghezza e sezione dei cavi). Esempio Ad una soglia di intervento differenziale pari a 1 A corrisponde un impedenza dell anello di guasto di 230 Ω. Inoltre la soglia magnetica può essere regolata al valore massimo migliorando così le condizioni richieste per la selettività in cortocircuito. Aumentare la sezione del cavo. Dove non sia possibile utilizzare interruttori con la soglia magnetica bassa: vv richiesta di limiti di selettività elevati, vv rischi di scatti intempestivi dovuti a correnti di avviamento importanti, e dove non si possa o non si voglia utilizzare dispositivi differenziali, per assicurare l intervento della protezione è necessario aumentare la sezione del conduttore di protezione o al limite la sezione del conduttore di fase. Così facendo si riduce l impedenza dell anello di guasto e si eleva la corrente di guasto verso terra migliorando le condizioni di intervento del dispositivo di protezione. 25

10 La sicurezza nei sistemi IT Presentazione La particolare configurazione di questo sistema fa si che in caso di singolo guasto a terra la corrente di guasto sia fortemente limitata dall impedenza capacitiva verso terra della linea e non richieda quindi di essere interrotta tempestivamente Condizioni di sicurezza al primo guasto La corrente capacitiva di primo guasto si può determinare come segue: I1 g = e. U. 2. p. 50. C L Id Id impianto esercito con tensione nominale 230/400V (1) sviluppo totale dei cavi [m] corrente di primo guasto (2) [A] 0,065 0,131 0,196 0,261 0,326 0,392 0,457 0,522 0,587 0,653 0,718 0,783 0,848 0,914 0,979 resistenza di terra [W] tensione di contatto [V] 2 0,13 0,26 0,39 0,52 0,65 0,78 0,91 1,04 1,17 1,31 1,44 1,57 1,7 1,83 1,96 5 0,33 0,66 0,98 1,31 1,63 1,96 2,29 2,61 2,94 3,27 3,59 3,92 4,24 4,57 4,9 10 0,65 1,31 1,96 2,61 3,26 3,92 4,57 5,22 5,87 6,53 7,18 7,83 8,48 9,14 9, ,63 3,28 4,9 6,53 8,15 9,8 11,43 13,05 14,68 16,33 17,95 19,58 21,2 22,85 24, ,25 6,55 9,8 13,05 16,23 19,6 22,85 26,1 29,35 32,65 35,9 39,15 42,4 45,7 48, ,5 13,1 19,6 26,1 32,6 39,2 45,7 52,2 58,7 65,3 71,8 78,3 84,8 91,4 97, ,75 19,65 29,4 39,15 48,9 58,8 68,55 78,3 88,05 97,95 107,7 117,5 127,2 137,1 146, ,2 39,2 52,2 65,2 78,4 91,4 104,4 117,4 130,6 143,6 156,6 169,6 182,8 195,8 (1) La capacità relativa ai cavi in bassa tensione può essere presa pari a 0,3μF/km (2) Per sviluppo totale dei cavi si intende la lunghezza complessiva dei circuiti monofasi e tripolari con o senza neutro presenti. 26 Per impianti in bassa tensione la corrente capacitiva è circa pari a 65 ma x km. Altra condizione riguarda la resistenza di terra a cui sono collegate le masse e la tensione pericolosa che si introduce sulle masse stesse durante il primo guasto. Tale condizione, nella maggior parte degli impianti in situazioni ordinarie, è rispettata. Uc =. I1 g RE UL I simboli utilizzati nelle relazioni sopra indicate hanno il seguente significato. I1 g = corrente verso terra di primo guasto, corrente capacitiva totale fornita da tutta la rete di distribuzione [A] U = tensione concatenata [V] C = capacità verso terra della linea in BT, valore tipico [μf/km] L = sviluppo totale dei cavi [m] UL = tensione limite di contatto (50 V in ambiente ordinario, 25 V in ambienti articolari) RE = resistenza di messa a terra delle utenze o di gruppi di utenze [Ω] UC = tensione di contatto che si manifesta sulle masse alla comparsa del primo guasto di Isolamento [V]. Se si considera una resistenza di terra del dispersore pari a 10 Ω la lunghezza totale dei cavi che da origine ad una tensione limite di contatto di 50 V è di circa 77 km. Con una resistenza del dispersore di terra di 200 Ω (terreno con resistività elevata) la lunghezza si riduce a 3,8 km. Qualora non sia possibile realizzare un impianto di terra con resistenza idonea a limitare la tensione di contatto a valori inferiori a quelli massimi previsti dalla norma, 50 V per impianti ordinari e 25 V per impianti per applicazioni particolari, suddividere l impianto in sezioni elettricamente indipendenti, ciascuna alimentata da proprio trasformatore con neutro isolato. In caso di primo guasto la tensione di terra dovrà essere inferiore alla tensione limite. Non sarà necessario interrompere l alimentazione ma è obbligatorio prevedere la segnalazione guasto per prevenire l insorgere di un secondo guasto di isolamento. Per fare ciò si utilizza un controllore permanete di isolamento CPI (Vigilhom), uno per ogni circuito indipendente separato galvanicamente dagli altri, che attiva un allarme sonoro e visivo. È opportuno individuare ed eliminare il primo guasto nel tempo più breve possibile. Per facilitare l identificazione del punto di guasto si possono utilizzare sistemi automatici di ricerca che prevedono un sistemi di rilevamento associato a concentratori di segnale (as esempio XM200 + XD312) o sistemi manuali portatili che utilizzano pinze amperometriche (XRM + pinza). Per salvaguardare l impianto dalle sovratensioni che possono provenire dalla rete in MT (guasto di isolamento del trasformatore MT/BT) è consigliabile installare degli scaricatori di sovratensione (Cardew-C) tra il centro stella del trasformatore, oppure una fase, e la terra.

11 Nota 1: i tempi massimi di interruzione del guasto indicati per il sistema TN sono applicabili ai sistemi IT con neutro distribuito o non distribuito. Per il metodo pratico di verifica dell intervento della protezione contro le sovracorrenti si rimanda al capitolo Protezione delle persone. Quando nel sistema IT la protezione contro le sovracorrenti interviene, per doppio guasto a terra, in un tempo superiore a quello ammesso dalla norma, è necessario utilizzare un dispositivo a corrente differenziale oppure effettuare, se praticamente possibile, un collegamento equipotenziale non connesso a terra tra le masse simultaneamente aessibili e con tutte le masse estranee. Nota 2: tale dispositivo a corrente differenziale non deve intervenire in caso di primo guasto di isolamento per non vanificare le caratteristiche di continuità di servizio del sistema IT. La soglia della protezione differenziale deve essere superiore al seguente valore. IDn I 1 g K Dn dove i simboli hanno il seguente significato IΔn = corrente nominale di intervento del dispositivo differenziale. KΔn = tolleranza della soglia di intervento del dispositivo di protezione (valore normalizzato: 0,5 per dispositivi differenziali Vigi, 0,8 per dispositivi differenziali Vigirex e VIGI di tipo Si ) Nota 3: in caso di primo guasto i carichi alimentati possono contribuire alla corrente capacitiva e tale contributo è di difficile valutazione. Per tale motivo si raomanda di utilizzare un margine di sicurezza superiore a quello relativo alla sola tolleranza della soglia di intervento. Nota 4: nei sistemi IT la protezione differenziale funziona correttamente solo nelle seguenti condizioni di guasto. In definitiva il dispositivo a corrente differenziale posto a monte di derivazione non interviene per doppio guasto a terra sulle derivazioni stesse. A Il dispositivo A non interviene Secondo guasto Al secondo guasto (guasto su una fase differente o sul neutro) la condizione di intervento delle protezioni è differente a secondo della modalità di connessione a terra delle masse. Masse collegate ad una terra unica. In questo caso il secondo guasto di isolamento dà origine ad un anello di guasto simile a quello di un sistema TN (la corrente verso terra circola attraverso il conduttore di protezione che unisce le due masse) Masse collegate a terra individualmente oppure a gruppi. Con questa modalità di connessione a terra l anello di guasto è equiparabile a quello di un sistema TT (la corrente di guasto interessa i dispersori delle due terre distinte). Con connessione ad una terra unica o a più terre distinte le masse devono essere comunque connesse tra loro mediante un conduttore di protezione. Condizione di intervento delle protezioni In caso di terra unica si possono identificare due condizioni di guasto a secondo della presenza o no del conduttore di neutro. Si precisa che la norma raomanda di non distribuire il neutro nei sistemi IT. Neutro non distribuito: Ia U. 1 2 ZS Neutro distribuito: Ia Uo. 1 2 Z S dove: Ia = corrente di intervento del dispositivo di protezione [A] I dispositivi ad interruzione automatica ammessi dalla norma sono il dispositivo di protezione contro il cortocircuito [Im] e il dispositivo a corrente differenziale [IΔn]. Uo = tensione nominale tra fase e terra in valore efficace espressa in [V] U = tensione nominale tra fase e fase in valore efficace espressa in [V] ZS = impedenza dell anello di guasto comprendente il conduttore di fase e il conduttore di protezione espressa in [Ω] Z S = impedenza dell anello di guasto comprendente il conduttore di neutro e il conduttore di protezione espressa in [Ω] Id B C I dispositivi B e C intervengono NSX160 Condizione di doppio guasto sulle linee terminali A B I dispositivi A e B intervengono Passerella metallica C D Condizione di doppio guasto sulle due linee di alimentazione a monte delle linee terminali 27

12 La sicurezza nei sistemi IT Controllori permanenti di isolamento Caratteristiche La scelta del controllore permanente d isolamento deve essere effettuata in funzione dei seguenti parametri: la tensione tra le fasi e il tipo di rete da controllare; l'estensione da controllare; altri elementi quali installazione, alimentazione ausiliaria, e. tipo TR22A TR22AH XM200 XM300C tensione tra le fasi CA neutro aessibile da 20 a 1000 Hz 760 V (1) da 20 a 1000 Hz 760 V da 45 a 400 Hz 760 V da 45 a 400 Hz 760 V (1) CA neutro non aessibile da 20 a 1000 Hz 440 V (1) da 20 a 1000 Hz 440 V da 45 a 400 Hz 440 V da 45 a 440 Hz 440 V (1) CC 500 V 500 V (1) estensione CA 50 km CA 50 km CA 30 km CA 30 km principio di funzionamento: iniezione di CC CC CA 2,5 Hz CA 2,5 Hz soglia di funzionamento 1 soglia da 0,7 a 100 kω da1 a 251 kω da 10 a 100 kω da1 a 299 kω 2 soglia da 0,1 a 20 kω da 0,2 a 99,9 kω lettura diretta si si si si tensione ausiliaria CA da 115 a 525 V da 115 a 525 V da 115 a 525 V da 115 a 525 V installazione ad incasso c c su guida DIN morsettiera di collegamento estraibile estraibile estraibile estraibile grado di protezione parte frontale IP30 IP30 IP30 IP30 tipo EM9 EM9B/BV EM9T TR5A tensione tra le fasi CA neutro aessibile da 50 a 1000 Hz 760 V da 50 a 1000 Hz 760 V da 50 a 1000 Hz 380 V CA neutro non aessibile da 50 a 1000 Hz 440 V da 50 a 1000 Hz 440 V da 50 a 1000 Hz 220 V CC 420 V estensione CA 50 km CA 50 km CA 50 km CC 50 km principio di funzionamento: iniezione di CC CC CC segnalazione di squilibrio di tensione soglia di funzionamento da 10 a 150 kω da 1 a 100 kω da 10 a 150 kω 24/48 V da 5 a 25 kω 120 V da 10 a 50 kω 220/420 V da 30 a 150 kω lettura diretta no si (solo EM9BV) no no tensione ausiliaria CA da 115 a 480 V da 115 a 480 V da 24 a 240 V senza sorgente ausiliaria installazione ad incasso su guida DIN c c morsettiera di collegamento fissa fissa fissa fissa grado di protezione parte frontale IP30 IP30 IP30 IP30 involucro IP20 IP20 IP20 IP20 tabella di scelta degli apparehi di ricerca sotto tensione dei guasti d isolamento apparehio fisso XM200 + XD301 o XD312 + toroidi apparehiatura portatile generatore XGR + rilevatore mobile XRM + pinze (1) Fino a 1700 V con neutro aessibile e 1000 V con neutro non aessibile utilizzando una piastra di adattazione. Fino a 1200 V in CC per l XM300c con la stessa piastra. c c c c c c c c 28

13 Ai terminali del trasformatore Al collettore di cabina congiuntore arrivo Collettore di terra di cabina CPI Esempio di installazione di un limitatore di sovratensione e del controllore permanente di isolamento all interno del quadro QGBT tipo P-Bloc. Nel caso in cui il guasto di isolamento sull impianto avvenga quando il limitatore di sovratensione è in conduzione e si manifesti in prossimità del punto di installazione della Cardew-C (condizione peggiorativa) la corrente di doppio guasto corrisponde a quella che si avrebbe in cabina (I trifase in caso di neutro distribuito e 0,866 x I trifase in caso di assenza del conduttore di neutro). Scaricatore di sovratensione Cardew-C La funzione di questo componente è quella di scaricare verso terra le sovratensioni a frequenza industriale (50Hz) che provengono dalla media tensione e quindi salvaguardare l installazione e l integrità del controllore permanente di isolamento. Lo scaricatore è collegato tra il centro stella del trasformatore e la terra o tra una fase e il collettore di terra e deve essere in grado di sopportare: la sovratensione permanente che si manifesta all insorgere del primo guasto di isolamento (U = 1,732 x Uo); la corrente dovuta al secondo guasto di isolamento. La corrente di doppio guasto, nelle condizioni di guasto più gravose, avrà il valore della corrente di cortocircuito trifase se lo scaricatore è installato tra il centro stella del trasformatore e la terra oppure sarà pari alla corrente di cortocircuito bifase se il limitatore di sovratensioni è installato tra una fase e la terra. Le sue principali caratteristiche sono: tensione U di non innesco a 50 Hz: 1,6 x U; tensione di innesco a 50 Hz: 2,5 x U (3 x U per tipo 250 V); corrente massima dopo l innesco: 40 ka x 0,2 s. L effettiva corrente sopportata dallo scaricatore dipende dal tempo di interruzione del dispositivo di protezione come indicato nella tabella seguente. tempo di eliminazione del guasto [s] 0,5 0,4 0,32 0,2 0,14 0,8 Icw Cardew-C [ka] x [s] 25,3 28,3 31, Resistenza di isolamento: > 10 Ω. Non ripristinabile. Il suo intervento provoca la segnalazione continua del controllore permanente di isolamento. Per facilitare l identificazione della perdita di isolamento dello scaricatore è consigliabile installare, sul collegamento a terra, un toroide e il relativo dispositivo XD301 che segnala localmente e a distanza la presenza della corrente di dispersione. La scelta del Cardew-C dipende dai seguenti parametri: tensione nominale elettrica; livello di isolamento dell impianto e del controllore permanete di isolamento; punto di collegamento a terra (neutro-terra o fase-terra). Sezione del conduttore o della sbarra di collegamento. La sezione dipende dalle seguenti caratteristiche/condizioni: modalità di collegamento a terra dello scaricatore (neutro aessibile oppure non aessibile); tipo di conduttore (rame o alluminio); tempo di eliminazione del guasto (la condizione più gravosa è generalmente quella dovuta all interruzione del guasto mediante interruttore a monte del trasformatore MT/BT). Il conduttore è di fatto un conduttore PE e come tale può essere dimensionato secondo i criteri indicati dalla norma CEI La formula per il calcolo è la seguente. SPE = Ig. tin K dove SPE = sezione del PE Ig = corrente di guasto a terra t int = tempo di interruzione del guasto K = fattore relativo a isolante e materiale conduttore: per conduttore isolato in PVC K = 115 (K = 143 per T<30 C); per conduttore isolato in EPR K = 143 (K = 176 per T<30 C). Per temperatura si intende quella dell aria circostante il conduttore. Solitamente il cavo di collegamento del dispositivo di eliminazione delle sovratensione dista dal collettore meno di 2 m. 29

14 La sicurezza nei sistemi IT Controllori permanenti di isolamento Caratteristiche tabella di scelta del limitatore di sovratensioni Cardew C Un [V] neutro aessibile neutro non aessibile MT BT MT BT 230 tipo 250 V tipo 250 V 230 U 400 tipo 250 V tipo 440 V 400 U 660 tipo 440 V tipo 660 V 660 U 1000 tipo 660 V tipo 1000 V 1000 U 1560 tipo 1000 V (1) (2) (3) tabella di scelta della sezione cavo di collegamento del Cardew-C trasformatore in resina [kva] v [%] sezione connessione [mm 2 ] neutro aessibile neutro non aessibile trasformatore in olio [kva] v [%] sezione connessione [mm 2 ] neutro aessibile neutro non aessibile (1) Il cavo è isolato in PVC. (2) Per cavi in alluminio moltiplicare la sezione del conduttore in rame per 1,5. (3) Per cavi isolati in EPR moltiplicare la sezione del conduttore isolato in PVC per 0,8. 30

15 Sicurezza minima Protezioni minime indispensabili: segnalazione del primo guasto (permette di avere continuità di servizio) e intervento della protezione obbligatorio al secondo guasto. Rete a configurazione variabile: un solo CPI deve essere collegato per ogni rete indipendente. Segnalazione del primo guasto La norma CEI 64-8 richiede l inserimento di un controllore di isolamento (CPI) per la segnalazione del primo guasto a terra. Per una normale rete a 50 Hz si possono utilizzare sia controllori che iniettano un segnale di tipo continuo che controllori che iniettano un segnale alternato a bassa frequenza (2.5 Hz). Il secondo tipo di CPI può fungere anche da generatore di segnale per la ricerca dei guasti. Il controllore di isolamento può essere inserito in alternativa sul centro stella del trasformatore o su una delle fasi; nel primo caso la tensione che è applicata al CPI per un guasto a terra è la stellata mentre nel secondo caso è la concatenata. Uno dei parametri di scelta di un CPI è proprio la tensione concatenata da controllare: infatti nel caso di neutro non aessibile (collegamento del CPI su una fase) essa risulta 1/e volte inferiore rispetto al caso di neutro aessibile. I CPI sono dotati di una soglia di allarme in kω al raggiungimento della quale si ha l aensione di una spia sul fronte degli apparehi e la commutazione di un contatto per la segnalazione a distanza. La soglia di allarme deve essere impostata ad un valore di resistenza inferiore al normale valore di resistenza di isolamento verso terra dell impianto con tutti i carichi inseriti. L intervento delle protezioni è obbligatorio al secondo guasto. Nel caso di reti TT o TN alimentate tramite UPS può verificarsi la situazione in cui l'impianto a valle, in assenza di tensione di rete, riceva tensione dalla batteria. Si ha quindi il passaggio da un sistema di neutro TT o TN ad un sistema IT, in quanto la batteria funziona in isola. Considerando però la limitata estensione dei circuiti alimentati dall'ups ed il breve tempo per il quale l'ups può funzionare in isola (generalmente dell'ordine dell'ora), non si considera giustificato l'utilizzo di un dispositivo di segnalazione del primo guasto in quanto risulta estremamente improbabile l'insorgere, dopo un primo guasto, di un secondo guasto nel breve tempo di funzionamento con alimentazione da batteria (si veda a questo proposito il commento all'articolo della nuova edizione della norma CEI 64-8). Reti con più trasformatori Bisogna sottolineare che non è corretto installare due o più CPI su una stessa rete poiché se tra i due vi è continuità metallica le correnti iniettate si sovrappongono e di conseguenza i dispositivi danno luogo a misurazioni errate che si traducono in indicazioni inaffidabili del livello di isolamento. In base a quanto detto, se la rete è alimentata da più trasformatori in parallelo va installato un solo CPI il quale comunque controllerà l isolamento del secondario dei trasformatori e di tutto l impianto a valle dei trasformatori stessi. Reti a configurazione variabile In questo caso le valutazioni da fare sono più complesse: bisogna considerare tutte le configurazioni che può assumere l impianto e verificare che in nessuna di esse vi siano due o più CPI collegati alla stessa rete. Le manovre che portano a modifiche della topologia (ad esempio chiusura o apertura di congiuntori) devono modificare opportunamente anche i collegamenti dei CPI per evitare di averne più di uno collegato alla stessa parte di impianto o di lasciare parti di impianto prive di controllo. Nel caso di due reti esercite indipendentemente in servizio normale ma che possono essere comunque collegate (ad esempio per fuori servizio di un trasformatore), è necessario che uno dei CPI venga scollegato nel funzionamento con congiuntore chiuso. E necessario inoltre verificare che la regolazione della soglia di intervento sia inferiore al livello di isolamento dell impianto a congiuntore chiuso e che il CPI sopporti la lunghezza totale dei cavi di tutto l impianto (ad esempio tale valore è di 30 km per l XM200). Conclusioni L installazione di un CPI in un impianto IT (peraltro imposta dalla norma CEI 64-8) permette di mantenere nel tempo i vantaggi di questa tipologia di gestione del neutro: è un dispositivo fondamentale dell impianto da scegliere con cura e collegare con oculatezza poichè scelte errate o collegamenti scorretti renderebbero l impianto inaffidabile e quindi inutili i costi sostenuti per realizzarlo. Se associato ad una modalità di ricerca guasti tempestiva ed efficace, il CPI permette di limitare l eventualità di un doppio guasto simultaneo che causerebbe sia il fuori servizio almeno delle utenze interessate dai guasti che possibilità di danneggiamento delle stesse (un doppio guasto è, a tutti gli effetti, un cortocircuito). Ad esempio, ipotizzando che statisticamente ci possa essere un guasto ogni tre mesi e che il servizio manutenzione sia in grado di eliminarlo entro 24 ore, si avrebbe in media un doppio guasto circa ogni 22 anni. 31

16 La sicurezza nei sistemi IT Miglioramento delle condizioni di servizio L apparehio Vigilohm XM200 permette di localizzare rapidamente il primo guasto e di effettuare quindi la riparazione al più presto, evitando così lo sgancio per il secondo guasto. La localizzazione della partenza guasta può essere fatta in due modi: utilizzando i rilevatori fissi XD301 (individuali) o XD312 (per gruppi di 12 partenze) per una ricerca automatica ed immediata della partenza guasta; utilizzando un rilevatore portatile XRM con pinza amperometrica, per individuare manualmente la partenza guasta. (1) sistema comando motore allarme rete assistita (1) Controllo dell isolamento di motori normalmente non in tensione. Un caso particolare si presenta quando nell impianto (anche non IT) vi sono dei motori che normalmente non sono in tensione ma che devono funzionare con certezza in determinate circostanze (ad esempio motori che azionano pompe antincendio). L isolamento del motore e del relativo cavo di alimentazione potrebbe abbassarsi durante lunghi periodi di fuori servizio a causa di umidità o altro fino ad impedire il suo funzionamento proprio quando di vitale importanza. Per controllare l isolamento dei motori destinati ad un tale utilizzo, è disponibile un apposito CPI (Vigilohm SM21). Quando il motore è fuori tensione, l SM21 applica una tensione continua tra lo statore e la terra, controllandone l isolamento, e segnalando prontamente (mediante contatti di uscita) eessivi abbassamenti di isolamento. Il contatto di uscita può anche essere utilizzato per impedire l avviamento del motore, quando il livello di isolamento è troppo basso, al fine di evitare danneggiamenti. Il collegamento da prevedere è riportato a fianco. Il CPI deve essere scollegato quando il motore è in tensione e dunque bisogna interporre tra il CPI stesso e la rete un contatto normalmente chiuso del dispositivo che alimenta il motore (generalmente un contattore). I motori in bassa tensione hanno in generale i seguenti livelli d isolamento: motore nuovo 1000 MW, in funzionamento MW, valore minimo di funzionamento 500 MW. 32

17 MERLIN GERIN vigilohm system XM200 R C Sp Sa MERLIN GERIN vigilohm system XM200 R C Sp Sa S menu ok test S test menu ok test test MERLIN GERIN vigilohm system XM200 R C Sp Sa S menu ok test test Rete in corrente continua isolata da terra Le protezioni minime indispensabili Segnalazione al primo guasto, permette di avere continuità di servizio in condizioni normali di installazione. Intervento della protezione obbligatorio al secondo guasto. Per controllare l isolamento e segnalare un guasto verso massa utilizzare le apparehiature seguenti: TR5A su reti in corrente continua del tipo non ondulata (batterie di aumulatori). In questo apparehio un dispositivo ad alta impedenza misura la variazione di potenziale delle due polarità con riferimento alla terra. Queste variazioni vengono confrontate con la soglia impostata. Il limite di utilizzazione è la tensione da controllare, cioè 420 V; Vigilohm System XM200 o XM300C su reti in corrente continua del tipo ondulata (generatori in corrente continua, gruppi statici di conversione) o non ondulata. + G TR5A R T Vigilohm System XM200 o XM300C R T Miglioramento delle condizioni di servizio Ricerca sotto tensione del guasto d isolamento (Vigilohm System) L utilizzo di un Vigilohm System abbinato a dei rilevatori XD301 o XD312 consente di effettuare la ricerca sotto tensione del primo guasto, permettendo di ottenere un miglioramento della continuità di servizio; questo è possibile grazie all iniezione da parte dell XM200 o dell XM300C di un segnale a bassa frequenza (2,5 Hz). Il rilevatore portatile XRM con le relative pinze amperometriche è compatibile con gli apparehi XM200 o XM300C. Per interrompere il circuito è possibile utilizzare un controllore d isolamento che comanda l apertura dell interruttore di protezione. G Vigilohm System XM200 o XM300C R T XD301 M XD301 PE G Toroidi XM200 XD312 XRM PE R T 33

18 Ulteriori prescrizioni normative Prescrizioni relative all utilizzo di dispositivi a corrente differenziale (Norma CEI 64-8 parte 4 e 5) Protezione addizionale contro i contatti diretti Il dispositivo di protezione a corrente differenziale con Idn non superiore a 30 ma è riconosciuto dalla norma come protezione addizionale contro i contatti diretti in aggiunta ai seguenti criteri di protezioni: isolamento delle parti attive; involucri (grado di protezione) e barriere; ostacoli; distanziamento. Tale protezione addizionale è richiesta anche per i circuiti che alimentano prese a spina: con corrente nominale non superiore a 20 A nei locali ad uso abitativo; con corrente nominale non superiore a 32 A destinati ad alimentare apparehi utilizzatori mobili usati all esterno. Condutture realizzate con cavi con conduttori piatti Le condutture utilizzate solitamente sotto tappeti a posa fissa (moquette) sono oggetto di prescrizioni allo studio. Per il momento devono essere protette con dispositivo differenziale con Idn non superiore a 30 ma. Legge 46/90 Per gli impianti realizzati in data suessiva all entrata in vigore della Legge 46/90, l uso di dispositivi differenziali associati a circuiti che non siano provvisti di conduttore di protezione non deve essere considerato come una misura di protezione sufficiente contro i contatti indiretti, anche se la corrente differenziale nominale di intervento non supera 30 ma. Catene luminarie È consigliabile proteggere, con dispositivo a corrente differenziale con IDn non superiore a 30 ma, le catene luminarie a portata di mano se il costruttore non ne definisce le modalità di installazione e di protezione. Impianto e gruppo generatore trasportabile o per utilizzo temporaneo. In tale caso, qualunque sia il sistema di neutro, deve essere utilizzato un dispositivo a corrente differenziale non superiore a 30 ma per l interruzione automatica dell alimentazione. Prescrizioni per ambienti particolari (CEI 64-8 parte 7) L impiego del dispositivo di protezione a corrente differenziale con sensibilità non superiore a 30 ma è obbligatorio nei seguenti casi. Locali contenenti bagni o doe e per piscine e fontane La protezione è richiesta secondo la disposizione delle utenze rispetto alle zone 0, 1 e 2 e in caso si utilizzino altri sistemi di sicurezza, ad esempio il sistema SELV o a separazione elettrica, quando tali sorgenti vengano installate in zona 2. Per maggiori dettagli si rimanda alla norma CEI Cantieri di costruzione e demolizione, Strutture adibite ad uso agricolo o zootecnico Per le prese a spina e gli apparehi utilizzatori mobili in entrambi i casi con corrente nominale non superiore a 32 A. Aree di campeggio Ogni presa a spina deve essere protetta da dispositivo differenziale. Locali ad uso medico I circuiti terminali nei locali appartenenti al gruppo 1 che alimentano prese a spina fino a 32 A. Tutti i circuiti nei locali appartenenti al gruppo 2 che non siano alimentati da sistema IT-M mediante trasformatore di isolamento. Nei locali di gruppo 1 e 2 sono richiesti dispositivi a corrente differenziale di tipo A o di tipo B in funzione del tipo di corrente di guasto. Fiere e mostre Tutti i circuiti che alimentano prese a spina fino a 32 A e tutti i circuiti terminali esclusi quelli destinati all illuminazione di sicurezza. Illuminazione per esterni Impianti di illuminazione fissi situati in area esterna per cabine telefoniche, pensiline di fermata per mezzi di trasporto, insegne pubblicitarie, segnalazioni stradali e mappe luminose. Unità mobili e trasportabili Come dispositivo di protezione quando si utilizzano sistemi TN e TT. 34

19 Come protezione addizionale per tutte le prese a spina, alimentate direttamente, e destinate ad apparehi utilizzatori situati al di fuori dell unità. Sistemi di riscaldamento per pavimenti e soffitti Come dispositivo di protezione anche in presenza di componenti elettrici di riscaldamento di classe II o con isolamento equivalente. Luoghi a maggior rischio in caso di incendio (protezione contro gli incendi) Per le condutture classificate di tipo C e in caso di sistemi TN o TT è richiesta la protezione mediante dispositivo a corrente differenziale con soglia di intervento non superiore a 300 ma, anche ritardato, e in caso di circuiti di distribuzione, dove necessita il coordinamento selettivo, con soglia non superiore a 1 A anche ritardato. La norma definisce le condutture di tipo C nel seguente modo: cavo multipolare provvisto di conduttore di protezione; cavo unipolare o multipolare sprovvisto di conduttore di protezione e installato in tubi protettivi metallici con grado di protezione inferiore a IP4X; cavo unipolare o multipolare sprovvisto di conduttore di protezione e installato in tubi protettivi in materiale isolante, installato a vista e con grado di protezione almeno IP4X; condotto sbarre con grado di protezione almeno IP4X. 35

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