UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE Facoltà di Architettura Corso di Fisica Tecnica Ambientale Prof. F. Sciurpi - Prof. S. Secchi A.A. A 2011-20122012 IMPIANTI ELETTRICI CIVILI Per. Ind. Luca Baglioni Dott. Arch. Andrea Salvietti PROGETTAZIONE I M P I A N T I TECNOLOGICI SALVIETTI STUDIO ENERGIA ELETTRICA OBIETIVO Approfondire gli aspetti legati alla definizione ed all interazione degli impianti Elettrici negli edifici ARGOMENTI CORRENTE ALTERNATA / CORRENTE CONTINUA DISTRIBUZIONE DELLA CORRENTE ALTERNATA SISTEMA TRIFASE SISTEMA MONOFASE PROTEZIONE DEGLI IMPIANTI IMPIANTO ELETTRICO NEGLI EDIFICI IMPIANTO DI TERRA SICUREZZA DEGLI IMPIANTI
Energia Elettrica L'energia elettrica di cui abitualmente facciamo uso, è essenzialmente in due forme : Energia elettrica in Corrente Continua (DC) Energia elettrica in Corrente Alternata (AC) Corrente Continua: La corrente continua è quella fornita da tutte le batterie di qualunque genere esistenti ti nel mercato (Litio, Piombo, NiMh, ecc..) che permettono il funzionamento di smartphone, Tablet, PC ecc..; questa si produceva attraverso generatori rotanti chiamati dinamo, ma oggi esclusivamente attraverso convertitori AC/DC portatili, quali ad esempio i carica batterie, alimentatori per Notebook, ecc.., oppure con sistemi AC/DC integrati nei TV, PC Desktop, Stampanti, ecc..
Corrente Alternata: La corrente alternata è quella che troviamo sulle nostre case, aziende, uffici, edifici pubblici, che illumina le nostre strade che ci permette di utilizzare tutti gli elettrodomestici ti i e le apparecchiature nelle nostre case essa è prodotta con macchine elettriche che si chiamano Alternatori. Perché la corrente alternata? E' più facile da produrre, gli alternatori sono macchine elettriche più semplici, meno costose e con rendimenti più alti rispetto alle dinamo. E' più facile da trasportare con gli elettrodotti, ci sono minor perdite di potenza sopratutto per grandi potenze
Corrente Continua e Corrente alternata Corrente Alternata La corrente alternata è caratterizzata da cariche elettriche in moto variabile nel tempo sia in intensità che in direzione. In Europa la corrente elettrica viene distribuita sotto forma di corrente alternata a frequenza costante di 50 Hz (La semionda positiva e quella negativa si alternano nei conduttori ogni cinquantesimo di secondo)
Sistema Trifase La trasmissione di corrente alternata utilizzata in Italia ed in gran parte del mondo e di tipo trifase, in quanto particolarmente efficiente e con minori dispersioni per effetto Joule (quindi sezione del cavo elettrico più piccola). Sistema Trifase Per sistema trifase si intende un particolare sistema di produzione, distribuzione e utilizzo dell energia elettrica basato su tre tensioni elettriche alternate, aventi la stessa frequenza e la stessa differenza di fase. Un generatore trifase è quindi assimilabile a tre generatori singoli di corrente alternata di uguale frequenza maconfasitraslateosfasatedi120. o sfasate
Sistema Trifase Sistema Trifase Se i tre generatori del sistema trifase fossero fisicamente i separati tra loro, ognuno di essi dovrebbe essere dotato di una propria linea composta da 2 conduttori; quindi in totale sarebbero necessari 6 cavi elettrici (1 fase+1 neutro). Nel sistema trifase i 3 generatori sono sincronizzati e sfasati come già detto di 120. Di conseguenza la somma algebrica delle correnti circolanti per istante in uno dei due fili di ciascuna linea è nulla.
Se questi tre fili vengono collegati assieme in un unico conduttore, su di esso (neutro) non si ha circolazione di corrente e può quindi essere eliminato; E così possibile trasportare la stessa quantità di energia elettrica utilizzando tre fili al posto di sei; Infatti le linee di trasmissione a lunga distanza (elettrodotti ad alta tensione fino a 380.000 Volt ) si compongono sempre di solo tre conduttori, il conduttore di neutro compare solo negli impianti di bassa tensione per gli utilizzi civili. ili
Nelle Cabine di Trasformazione MT/BT che alimentano le utenze il Neutro oltre ad essere distribuito viene collegato a terra, per limitare eventuali correnti di guasto. Cabine MT/BT in calcestruzzo e Cabine da Palo
TENSIONE E FREQUENZA Le tensioni ufficialmente usate in Italia sono 230 V tra fase e neutro (detta tensione di fase) e 400 V tra fase e fase (detta tensione di linea o concatenata). Si noti come il rapporto tra queste tensioni sia di 3. La frequenza usata è pari a 50 Hz. Ovviamente non in tutto il mondo abbiamo le stesse tensioni di fase e la stessa frequenza
Impianti Monofase Nella maggior parte delle abitazioni domestiche arrivano solamente due conduttori: una fase ed il neutro. La tensione fase-neutro è pari a circa 230 V, che è la nota tensione per usi domestici. Di solito infatti, questo tipo di utenza è prevalentemente destinata all'illuminazione e ad altri utilizzi in cui una singola fase è sufficiente. Non si ha a che fare con grosse macchine rotanti come avviene nelle industrie e la potenza installata è spesso modesta, limitata a pochi kw. Fornitura BT monofase Le forniture agli utenti monofase sono distribuite tra le tre fasi, dal Distributore (solitamente ENEL) in modo da equilibrare statisticamente gli assorbimenti e ottimizzare il trasporto. Le correnti di ritorno dai neutri delle abitazioni si compensano mediamente in modo da fare tendere a zero la corrente di neutro verso il trasformatore presente in cabina.
Le forniture monofase vengono generalmente concesse per potenza impegnata fino a 6 kw, occasionalmente possono raggiungere i 10 kw (a discrezione i del gestore); Al di sopra dei 10 kw di potenza impegnata sono concesse esclusivamente forniture trifase. Protezione degli impianti Interruttore Automatico Magnetotermico L'interruttore magnetotermico, detto anche interruttore automatico, è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso elettrico di energia in un circuito elettrico di un impianto elettrico in caso di cortocircuito o in caso di sovracorrente; La parte Magnetica interrompe il circuito in caso di contatto diretto tra fase e neutro, mentre la parte termica interrompe il circuito in caso di superamento del valore nominale di corrente prefissato
Esempi di interruttori Automatici bipolari per impianti monofase Come è fatto l interruttore automatico Interruttore magnetotermico : 1 Leva di comando 2 Meccanismo di scatto 3 Contatti tti di interruzione i 4 Morsetti di collegamento 5 Lamina bimetallica (rilevamento sovraccarichi) 6 Vite per la regolazione della sensibilità (in fabbrica) 7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti) 8 Sistema di estinzione d'arco
Interruttore Differenziale (Salvavita) L'interruttore differenziale, comunemente detto salvavita, è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso elettrico di energia in un circuito elettrico di un impianto elettrico in caso di guasto verso terra (dispersione elettrica) ofolgorazione fase-terra fornendo dunque protezione anche verso macroshock elettrico sia diretto che indiretto sulle persone Controlla costantemente la somma vettoriale delle correnti di linea sia nel sistema monofase o trifase; Finché la somma è pari a zero, permette l alimentazione elettrica delle utenze, la interrompe rapidamente se la somma si discosta da un valore prestabilito in funzione della sensibilità del dispositivo (0,03 Amper per le abitazioni) Schema di principio p del differenziale In rosso è indicata una dispersione
Tipico interruttore Automatico Magnetotermico Differenziale La leva nera a sinistra serve per ripristinare la parte magnetotermica La leva Celeste a destra serve per ripristinare la parte differenziale Il pulsante bianco con la T serve per effettuare la prova di test almeno mensilmente In Italia, negli impianti civili, deve essere installato sempre almeno un interruttore differenziale per far fronte a problemi di dispersione elettrica e quindi a rischi di folgorazione. Interruttore differenziale
DM 37/08 Impianti elettrici negli edifici Normativa di riferimento Legge 186 del 01 Marzo 1968 D. Lgs. n. 81/08 Norme CEI Norme CEI EN Colore dei conduttori Norma CEI 16-4 / EN 60446 La normativa CEI 16-4 / EN 60446 (Individuazione dei conduttori tramite colori o codici i numerici) stabilisce per i fili elettrici degli impianti un preciso codice colore, ecco una disposizione dei colori di cavi elettrici i in corrente alternata: t Negli impianti monofase (220 V) si usa per il neutro il colore blu, per la fase il marrone (generalmente) o il nero e giallo/verde per il filo di terra.
Impianto di Terra La messa a terra consiste in una serie di accorgimenti idonei ad assicurare alle masse elettriche lo stesso potenziale della terra, evitando che le stesse possano venire a trovarsi in tensione. Infatti, i cavi in tensione assumono un determinato potenziale rispetto al terreno, che per gli impianti delle abitazioni civili è di 230 V. Impianto imposto dalla norma vigente (D. Lgs. n. 81/08, Decreto ministeriale n. 37 del 22 gennaio 2008, norma CEI 64-8/4) Impianto di terra e collegamenti equipotenziali Si possono creare situazioni di pericolo quando parti dell'impianto elettrico che normalmente non sono in tensione, come le carcasse deglielettrodomestici, a seguito di guasti o imprevisti acquisiscono una differenza di potenziale rispetto al terreno. La messa a terra mira a proteggere le persone dal La messa a terra mira a proteggere le persone dalrischio di folgorazione. Consiste essenzialmente di un sistema di conduttori (PE) collegati ad uno o più dispersori inseriti nel terreno (ad es. picchetti metallici). Lo scopo della messa a terra è quindi assicurare che le masse degli elettrodomestici siano allo stesso potenziale del terreno. La messa a terra, inoltre, facilita l intervento automatico dell interruttore differenziale. La messa a terra di protezione non interessa solo l impianto elettrico, ma tutti gli altri impianti e le parti metalliche dell edificio edificio, dalle tubazioni, all impianto idraulico, dalle travi all impianto di riscaldamento e così via, in modo che tutto lo stabile risulti messo in sicurezza
Comandi Elettrici Interruttore Dispositivo in grado di interrompere la continuità elettrica di un solo conduttore (interruttore monofase) o di entrambi i conduttori (interruttore bipolare). Deviatore Dispositivo in grado di deviare la corrente elettrica su due conduttori diversi al fine di consentire l accensione e lo spegnimento da due punti diversi. Invertitore Dispositivo in grado di deviare e invertire la corrente elettrica su due conduttori diversi al fine di consentire l accensione e lo spegnimento da tre o più punti diversi. E sempre necessario impiegare due deviatori ed uno o più invertitori; i deviatori vanno posti nel circuito in posizione definibile di testa mentre gli invertitori vanno inseriti nel mezzo. Simboli elettrici
Esempio di impianto su abitazione
Prescrizioni i i sicurezza ambienti speciali Bagni Zona 0 Corrisponde al volume interno alla vasca da bagno o al piatto doccia. Zona 1 E il volume delimitato dalla superficie che si estende in verticale dalla vasca da bagno o dal piatto doccia fino ad un piano orizzontale situato a 2,25 m dal pavimento. Se manca il piatto doccia manca pure la zona 0. In questo caso il solido che delimita la zona 1 è un cilindro di 0,6 m di raggio con il centro nel soffione della doccia che si sviluppa in verticale verso il basso sotto il soffione. Se il fondo della vasca o del piatto doccia si trova oltre 0,15 m al di sopra del pavimento, l altezza di 2,25 m è computata apartire da questo fondo. In tal caso la zona 1 si estende ancheal di sotto della vasca o del piatto doccia.
Prescrizioni sicurezza ambienti speciali Bagni Zona 2 E il volume circostante alla zona 1 che si sviluppa in verticale, parallelamente e ad una distanza in orizzontale verticale, dalla zona 1 di 0,6 m, fino ad un'altezza di 2,25 m dal piano del pavimento. Zona 3 E il volume delimitato it t dalla superficie i verticale che si sviluppa in orizzontale di fianco alla zona 2 per 2,4 m ed in verticale fino ad un'altezza dal piano del pavimento di 2,25 m. La presenza di pareti e ripari fissi permette in alcuni casi di ridurre i limiti indicati. Nei locali bagno e doccia le condutture metalliche dell'acqua calda e fredda, del gas, degli scarichi, dei caloriferi, i ecc. devono essere collegate a terra. Prescrizioni sicurezza ambienti speciali Bagni Zona 0 E vietata l'installazione di qualsiasi componente elettrico, anche se a bassissima tensione di sicurezza. Zone 1 e 2 Sono vietati i normali dispositivi di comando (interruttori, pulsanti, ecc,) e prese a spina. Son ammessi scaldacqua e vasche idromassaggi purché stagni (grado di protezione IPX4 o superiore). Nella zona 2 sono ammesse alcune tipologie di prese a spina e apparecchi illuminanti con idonei sistemi di protezione
Zona 3 Sono ammessi i normali dispositivi di comando (interruttori, pulsanti, ecc,), le usuali prese a spina e tutte le tipologie di apparecchi elettrici. Il grado di protezione richiesto è IPX1 o superiore.