La distribuzione mediante condotti elettrici prefabbricati

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1 Pubblicato il: 15/06/2004 Aggiornato al: 15/06/2004 di Gianluigi Saveri La diffusione dei condotti elettrici prefabbricati ha subito negli ultimi anni un notevole impulso non solo nell installazione di grandi impianti negli stabilimenti industriali ma anche per la realizzazione della distribuzione nei piccoli capannoni artigianali e nel terziario. 1. Generalità La diffusione dei condotti elettrici prefabbricati ha subito negli ultimi anni un notevole impulso non solo nell installazione di grandi impianti negli stabilimenti industriali ma anche per la realizzazione della distribuzione nei piccoli capannoni artigianali e nel terziario. I motivi di questa rapida crescita sono da ricercare nella convenienza e nella praticità di progettazione ed utilizzo di questi prodotti che per una volta mettono d accordo tutti; committente, progettista e installatore. I condotti sbarre possono avere correnti nominali dell ordine delle centinaia o delle migliaia di ampere quando realizzano dorsali per l alimentazione di macchine oppure correnti nominati dell ordine delle decine di ampere quando servono per l allacciamento di apparecchi di illuminazione. Sono apparecchiature di serie AS e devono rispondere alle Norme CEI EN (17/13-1) e CEI EN (CEI 17-13/2). 1

2 2. Caratteristiche costruttive I condotti elettrici prefabbricati sono costituiti da un sistema integrato di conduttori profilati a sbarra rigida (fig. 1), in rame o allumino, fissati rigidamente all interno di un involucro di contenimento (generalmente in lamiera zincata) mediante supporti in materiale isolante. L involucro se metallico può fungere da conduttore di protezione purché il costruttore ne dichiari l idoneità e, se il montaggio avviene secondo le istruzioni, ne garantisca la continuità elettrica e la tenuta al cortocircuito monofase. Fig.1: Struttura di un sistema a condotti elettrici prefabbricati I condotti sbarre devono essere progettati come apparecchiature assiemate di bassa tensione. Il costruttore deve sottoporre il prodotto alle prove di tipo, apporre su ogni elemento una o più targhe o una scritta indelebile con il proprio nome, il tipo e il numero di identificazione e deve fornire le seguenti caratteristiche nominali: Portata nominale I z Tensione nominale di impiego U Grado di protezione I P Sezione conduttori di fase S F Sezione conduttori di neutro S N Sezione conduttore di protezione S PE Tensione nominale di isolamento U i Tensione di prova dielettrica in c.a. U eff Corrente nominale ammissibile di breve durata I cw (1s) Corrente nominale di picco ammissibile I pk Resistenza di fase R F Reattanza di fase X F Impedenza di fase Z F Il sistema è predisposto per essere fissato a parete e a soffitto mediante staffe di sospensione e comprende vari moduli che permettono di realizzare ogni tipo di percorso: elementi rettilinei, raccordi a T e a croce, curve destra e sinistra, testate di chiusura, giunti flessibili, spine di derivazione, cassette di derivazione, corredate o meno di dispositivi di sezionamento e protezione (interruttori automatici o fusibili), ecc.. (fig. 2). Fig.2: Esempio di moduli di condotti a sbarre 2

3 3. Campo d impiego I condotti-sbarre sono caratterizzati da una grande flessibilità di impiego e sono particolarmente adatti alla costruzione di impianti di distribuzione e di alimentazione degli utilizzatori e per la realizzazione di condutture principali di collegamento dai quadri di reparto al quadro generale. Di seguito sono riassunti i motivi che possono indurre a preferire i condotti a sbarre rispetto ad altri tipi di distribuzione. Facilità di progettazione e preventivazione dell impianto; Semplicità di montaggio e minore tempo di installazione Minore responsabilità dell installatore (il prodotto è certificato e deve essere montato secondo le istruzioni del costruttore che se ne assume la piena responsabilità); Sistema facilmente espandibile, integrabile e riconfigurabile; Elevati standard di sicurezza garantiti dai gradi di protezione (IP 54 e superiori); Modularità fornita dai singoli elementi che permettono di ottenere qualsiasi tipo di tracciato; Possibilità di derivare i carichi in base alle necessità del momento; Basso carico di incendio e nessuna emissione di gas nocivi in caso di esposizione al fuoco; Minima quantità di isolante rispetto a quello dei cavi di uguale portata con elevate caratteristiche dielettriche e termiche; Conveniente nei collegamenti trasformatore-quadro e quadro-quadro; Comportamento elettrico noto che semplifica il coordinamento delle protezioni. 3

4 4. Dimensionamento del condotto sbarre Per il dimensionamento dei condotti sbarre (fig. 3), in relazione alla potenza totale dei carichi che si devono alimentare, occorre preliminarmente determinare la corrente di impiego I b moltiplicata per un fattore di contemporaneità e di utilizzo. I dati che devono essere presi in considerazione per il calcolo della I b sono: Tipo di alimentazione dei carichi, monofase o trifase; Tipo di alimentazione del condotto sbarre che può essere realizzato da un estremo, da entrambi gli estremi o con alimentazione centrale; Tensione nominale di alimentazione U n ; Fig.3: Condizioni da soddisfare per la protezione da sovraccarico e cortocircuito Corrente di corto circuito nel punto di alimentazione I CC ; Temperatura ambiente; Coefficiente di contemporaneità k C e di utilizzo k U ; Numero, distribuzione, potenza e cosfi e tipo dei carichi alimentati dalle stesse sbarre; Lunghezza della conduttura. La corrente di impiego Ib in un sistema trifase si calcola in base alla nota formula: I b = P t k a 3 U n cos φ (A) P t è la somma totale delle potenze attive dei carichi installati in [W]; U n è la tensione nominale del sistema in V; cosfi è il fattore di potenza medio dei carichi; k a è un fattore che tiene conto del tipo collegamento adottato per l alimentazione pari a: 1 o a ½ a seconda che si alimenti la conduttura da un solo lato oppure da entrambi i lati o dal centro. La corrente di impiego così calcolata può essere aumentata di una certa percentuale per tenere conto di possibili ampliamenti futuri. Calcolata la I b si deve scegliere un condotto sbarre con una portata I z che soddisfi la seguente relazione: I b I Z0 k t = I z I Z0 è la corrente che la conduttura (condotto sbarre) può portare per un tempo indefinito alla sua temperatura di riferimento t (35 C); I b è la corrente di impiego; k t è il coefficiente di correzione per valori della temperatura ambiente diversi da quello di riferimento. Il passo successivo prevede la verifica della protezione contro il sovraccarico. Si deve avere: I b I n I Z (interruttori magnetotermici) I b 0,9 I n I Z (fusibili) 4

5 I b è la corrente di impiego per il quale è dimensionato il circuito; I n è la corrente nominale del dispositivo di protezione oppure la corrente regolata per dispositivi a corrente In variabile; I z è la corrente che il condotto sbarre può portare per un tempo indefinito. La protezione contro gli effetti della corrente di cortocircuito deve considerare sia i problemi termici sia elettrodinamici. Devono essere verificate le seguenti relazioni: I 2 t I CW (1S) dove : I 2 t è l energia specifica lasciata passare dall interruttore di protezione in corrispondenza della massima corrente di cortocircuito nel punto di installazione, rilevabile dalle curve riportate sui cataloghi degli interruttori; I cw è la corrente nominale ammissibile di breve durata (1s) del condotto sbarre. I CC I CS I cc è la corrente di cortocircuito presunta nel punto di alimentazione del condotto a sbarre; I cs è il potere di cortocircuito di servizio del dispositivo di protezione. I pi I pk I pi é il valore di picco lasciato passare dall interruttore di protezione in corrispondenza della massima corrente di cortocircuito nel punto di installazione, rilevabile dalle curve di limitazione riportate sui cataloghi degli interruttori; I pk è il valore di picco della corrente di corto circuito che il condotto sbarre può sopportare. 5

6 5. Protezione dalle derivazioni Un dispositivo di protezione, secondo quanto prescritto dalla norma CEI 64-8, deve essere previsto ad ogni diminuzione di sezione o variazione del coefficiente kt che determini una riduzione della portata (fig. 4). Per le derivazioni, se non sono già protette contro il cortocircuito e il sovraccarico dal dispositivo posto a monte del condotto sbarre, valgono le seguenti considerazioni: Corto circuito - non è necessario proteggere la derivazione contro il cortocircuito se il tratto di conduttura compreso tra il punto in cui si presenta una variazione della sezione o del coefficiente k t e il punto di installazione del dispositivo di protezione soddisfa contemporaneamente le seguenti condizioni: 1. la lunghezza non supera i 3 m; 2. è ridotto al minimo il rischio di corto circuito; 3. non è posto nelle vicinanze di materiale combustibile. Fig.4: Nella protezione delle derivazioni occorre distinguere fra derivazioni corte e derivazioni lunghe (minori o maggiori di tre metri) Da non dimenticare che nei luoghi con pericolo di esplosione e a maggior rischio in caso di incendio la protezione da cortocircuito è comunque sempre richiesta all origine della conduttura. Sovraccarico La protezione contro il sovraccarico è quasi sempre necessaria perché le derivazioni (solitamente corde unipolari in tubo) presentano normalmente una portata minore rispetto a quella del condotto a sbarre. Il dispositivo di protezione contro il sovraccarico può essere posto direttamente all interno della cassetta di derivazione sul condotto a sbarre (scomodo però il ripristino che per essere effettuato necessita almeno di una scala) oppure nel quadro a bordo macchina. In quest ultimo caso la protezione contro il sovraccarico può essere assicurata anche dagli interruttori posti a protezione delle singole partenze purché la somma delle loro correnti nominali sia inferiore o almeno uguale alla portata IZ della derivazione stessa. Non bisogna però dimenticare che nei luoghi a maggior rischio in caso di incendio il dispositivo di protezione contro il sovraccarico deve essere installato all origine della conduttura da proteggere e quindi in questo caso all interno della stessa cassetta di derivazione. 6

7 6. Caduta di tensione del sistema Con linee molto estese potrebbe essere necessario verificare il valore della caduta di tensione. Per sistemi trifasi e monofasi la caduta di tensione può essere calcolata con la nota formula semplificata: u = k 3 (R 1 cos φ + X 1 sen φ) I b L (sistema trifase) u = k 2 (R 1 cos φ + X 1 sen φ) I b L (sistema monofase) u la caduta di tensione del sistema (V); R 1 e X 1 i valori medi di resistenza e reattanza del sistema in ohm I b la corrente del circuito considerato (A); L la lunghezza fattore di potenza considerato; del sistema considerato (m); cosfi il k fattore di distribuzione del carico che può essere concentrato alla fine del tratto di condotto sbarre oppure uniformemente distribuito tra n tronconi (tab. 1). Per ricavare il valore percentuale: U % = U 100 u Tipo di alimentazione Disposizione dei carichi Fattore di distribuzione Da un solo lato Carico concentrato alla fine 1 Carico uniformemente distribuito 0,5 Da entrambi i lati Carico uniformemente distribuito 0,25 Centrale Carichi concentrati agli esterni 0,25 Carico uniformemente distribuito 0,125 Fattore di distribuzione del carico 7

8 7. Protezione contro i contatti indiretti Se il sistema è TT deve essere previsto un dispositivo di protezione differenziale opportunamente coordinato con la resistenza dell impianto di terra e solitamente non ci sono problemi. Più spesso la distribuzione mediante condotti elettrici prefabbricati è alimentata da un sistema di tipo TN e i dispositivi di protezione non sono differenziali. In questo caso deve essere garantita l interruzione automatica del circuito entro 0,4 s quando ci sono dei circuiti terminali che alimentano direttamente o per mezzo di prese a spina degli apparecchi mobili, portatili o trasportabili. Deve pertanto essere verificata la condizione I F =U 0 /Z s. I F è la corrente di guasto a terra, U 0 è la tensione nominale verso terra mentre Z s è l impedenza dell anello di guasto nel punto più lontano. Z s può essere calcolata sommando tutte le resistenze e le reattanze ( i valori della resistenza e della reattanza sono forniti dal costruttore) del circuito di guasto, dal trasformatore fino al punto di guasto, con la nota formula Z s = Σ R 2 + Σ X 2 A questo punto non resta che verificare che sia I F I a dove I a è la corrente che determina l apertura automatica del dispositivo di protezione nel tempo prescritto di 0,4s. 8