PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI

1. PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI dott. ing. Michele Marco Aiello

2. IL PROGETTO • la redazione del progetto, di cui all'art. 5 del Decreto n. 37/2008 da parte di professionisti (iscritti negli albi professionali, nell'ambito delle rispettive competenze), è obbligatoria per l’installazione, la trasformazione e l’ampliamento degli impianti elettrici di cui all’art.1, comma 1, lettera a), della legge stessa, per: • unità immobiliari ad uso abitativo (impropriamente noti come “impianti elettrici civili”) o a studio professionale o a sede di persone giuridiche private, circoli o conventi o associazioni se: • sono caratterizzati da superficie superiore a 400 mq, • comprendono una centrale termica a gas di potenza > 35 kW, • hanno classe di compartimento antincendio ≥ 30, • comprendono locali adibiti ad uso medico; • servizi condominiali se: • sono caratterizzati da superficie superiore a 400 mq, • comprendono una centrale termica a gas di potenza > 35 kW, • hanno classe di compartimento antincendio ≥ 30, • comprendono locali adibiti ad uso medico; • locali adibiti ad attività produttive (impropriamente noti come “impianti elettrici industriali”), commerciali e del terziario se: • comprendono cabina di trasformazione propria, • hanno superficie > 200 mq, • sono situati il luogo con pericolo di esplosione o a maggior rischio di incendio, • comprendono locali adibiti ad uso medico. dott. ing. Michele Marco Aiello

3. IL PROGETTO • I progetti debbono contenere: • gli schemi dell’impianto e i disegni planimetrici • una relazione tecnica sulla consistenza e sulla tipologia dell'installazione, della trasformazione o dell’ampliamento dell'impianto stesso, con particolare riguardo all'individuazione dei materiali e componenti da utilizzare e alle misure di prevenzione e di sicurezza da adottare. • Il progetto definitivo o esecutivo descrive l’impianto in maniera esaustiva mediante: • relazioni tecniche • schemi per la disposizione funzionale dei componenti (schemi unifilari o multifilari dei quadri di distribuzione) • planimetrie per la disposizione topografica dei componenti elettrici. • Si considerano redatti secondo la buona tecnica professionale i progetti elaborati in conformità alle indicazioni delle guide dell’Ente Italiano di Unificazione (UNI) e del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI). Qualora l’impianto a base di progetto sia variato in opera, il progetto presentato deve essere integrato con la necessaria documentazione tecnica attestante tali varianti in corso d’opera, alle quali, oltre che al progetto, l’installatore deve far riferimento nella sua dichiarazione di conformità. dott. ing. Michele Marco Aiello

4. LE NORME CEI dott. ing. Michele Marco Aiello

5. SISTEMI ELETTRICI dott. ing. Michele Marco Aiello

6. IL BUON PROGETTO • Per QUALITÀ si intende l'attitudine del sistema a garantire la continuità della disponibilità dell'alimentazione agli utilizzatori  Continuità assoluta e caratteristiche dell'alimentazione sempre adeguate non sono tecnicamente ottenibili  Occorre allora individuare le categorie di appartenenza degli utilizzatori, in relazione alle specifiche esigenze di affidabilità dell'alimentazione, per poter decidere sulla struttura di rete e le modalità di conduzione della stessa capaci di garantire alle diverse categorie l'affidabilità richiesta • Si intende per FLESSIBILITÀ l'attitudine del sistema a: • essere adattato, modificato e ampliato per rispondere a nuove esigenze, senza che ciò richieda modifiche sostanziali o interruzioni del servizio • permettere la possibilità di doppie alimentazioni, di alimentazioni di riserva o di sicurezza • essere esercito in modo diverso da quello previsto come normale, per esigenze di manutenzione, di riparazione di guasti, di verifiche, etc. dott. ing. Michele Marco Aiello

7. IL BUON PROGETTO • La SEMPLICITÀ DI ESERCIZIO è legata a: • razionalità dello schema • assenza di non necessarie complicazioni costruttive e funzionali • chiarezza e logicità delle sequenze di manovra, sia in condizioni normali che in condizioni di emergenza • uniformità delle sequenze di manovra per tutte le parti di impianto • É MODULARE un progetto organizzato in un certo numero di elementi che si ripetono invariabili nell'impianto; da ciò possono ricavarsi alcuni vantaggi (ad • esempio, in termini di sostituibilità in caso di guasto (o di espansibilità per far • fronte a esigenze successive) attraverso l'impiego di elementi uguali utilizzati • in sostituzione (o in aggiunta). dott. ing. Michele Marco Aiello

8. L’IMPOSTAZIONE PROGETTUALE IN BT dott. ing. Michele Marco Aiello

9. DIMENSIONAMENTO Uno degli aspetti caratterizzanti il dimensionamento è la potenza massima richiesta dal carico occorre tener conto del possibile/prevedibile, aumento di questa nel corso degli anni, per dimensionare correttamente dall'inizio l'impianto. Dalla conoscenza dei fattori di utilizzazione b della potenza installata e dei fattori di contemporaneità c, si può risalire alla potenza massima assorbita nelle singole sezioni di impianto e dal complesso delle utenze presso l'utilizzatore: Plinea = Σ Putenza· b · c dott. ing. Michele Marco Aiello

10. DIMENSIONAMENTO Rientrano fra i carichi ordinari quelli per servizi generali e per lavorazioni non essenziali, l'illuminazione ordinaria di interni ed esterni, gli impianti di condizionamento e di riscaldamento generali, le prese di corrente per alimentazioni ordinarie. Interruzioni elettriche per questi utilizzatori sono tollerabili anche per un tempo relativamente lungo. Sono carichi preferenziali quelli relativi a servizi/lavorazioni per i quali sono tollerate brevi interruzioni (non > 20 s): servizi di illuminazione di passaggi, scale e locali particolari, sistemi di riscaldamento e di condizionamento di particolari locali, gli ascensori, la carica delle batterie. I carichi privilegiati sono quelli che garantiscono i servizi di sicurezza: illuminazione di sicurezza (scale, uscite, ascensori, cabine elettriche), elaborazione e trasmissione dati, sistemi di telecomunicazione, sistemi di allarme e di sorveglianza, segnalazioni e sistemi antincendio, sistemi TVCC. dott. ing. Michele Marco Aiello

11. CALCOLO ELETTRICO • nel progettodi un impianto  la determinazione delle sezioni dei conduttori nelle diverse parti di impianto compatibili con le cadute di tensione ammissibili e le correnti di impiego • nel calcolo di verifica: il rispetto di determinate condizioni sulle cadute di tensione e sulle portate dei conduttori • LE GRANDEZZE CARATTERISTICHE • Corrente dell’utilizzatore Ib (legata alla potenza massima) • Corrente nominale del dispositivo d’interruzione In: tensione a cui è riferito l'uso dell'interruttore  corrente che l'interruttore è destinato a portare in servizio ininterrotto ad una temperatura ambiente di riferimento (normalmente 30° C) • Portata del conduttore Iz il massimo valore di corrente che, circolando con continuità in determinate condizioni ambientali (modalità di posa, temperatura ambiente, ecc.) porta una definita temperatura della linea dott. ing. Michele Marco Aiello

12. CALCOLO ELETTRICO • La potenza assorbita sarà calcolata definendo, per ogni utenza, i dati relativi (considerando che per i motori la potenza fornita dal costruttore è normalmente la potenza resa). • La corrente assorbita sarà ricavabile dalla seguente relazione: • Ib = Pn / (1,732 · μ· Un · cosφ), ove • Pn = potenza nominale resa, • Un = tensione nominale, • μ = rendimento del motore, • cos φ = fattore di potenza del motore (1 per utenze ordinarie). • Il cos φ ove possibile, sarà determinato per via analitica mentre negli altri casi sarà scelto secondo i seguenti criteri: • cos φ = 0,9 per linee rifasate localmente come impianti di illuminazione, oppure linea di alimentazione dal trasformatore al quadro generale; • cos φ = 0,8 per linee che alimentano singoli carichi non rifasati; • cos φ = 0,7 per linee che alimentano carichi non rifasati localmente con basso fattore di utilizzazione, come motori funzionanti a vuoto o a carico ridotto. dott. ing. Michele Marco Aiello

13. CALCOLO ELETTRICO Per garantire allora che la temperatura di una linea si mantenga entro i valori prescritti, occorre che sia: Ib≤ Iz Affinchè sia possibile che un dispositivo d’interruzione protegga la linea da esso “uscente” si dovrà avere anche che: In ≤ Iz Poiché il dispositivo d’interruzione possa permettere la continuità d’erogazione all’utilizzatore sarà: Ib ≤ In Pertanto si avrà: Ib ≤ In ≤ Iz dott. ing. Michele Marco Aiello

14. CALCOLO ELETTRICO Il buon funzionamento delle apparecchiature elettriche è garantito quando la tensione ai capi delle stesse non si discosta molto dal valore nominale, e la frequenza è pari a quella nominale. Tuttavia, la variazione, anche notevole, degli assorbimenti da parte dei carichi determina una corrispondente variazione della CADUTA DI TENSIONE (CDT) sulle impedenze delle linee e dei trasformatori. La conseguenza è la variazione, da una condizione di funzionamento ad un’altra, della tensione ai capi delle utilizzazione elettriche; tali variazioni vanno adeguatamente compensate o limitate. Negli impianti utilizzatori di I categoria si raccomanda che la CDT tra l’origine dell’impianto e qualunque apparecchio utilizzatore non sia maggiore del 4% della tensione nominale. Il valore della caduta di tensione può essere calcolato mediante la formula classica: ΔU = k Ib L (R cosφ + X senφ), ove Ib è la corrente assorbita dall’utenza in A, k è un fattore di tensione pari a 2 nei sistemi monofasi e bifasi e a 1,73 nei sistemi trifasi, L è la lunghezza della linea in km, R è la resistenza di un chilometro di cavo (W/km), X è la reattanza di un km di cavo (W/km), cosφ è il fattore di potenza del carico. Volendo il valore percentuale si avrà: Δu% = ΔU x 100 / Un dove Un è la tensione nominale dell’impianto in V. dott. ing. Michele Marco Aiello

15. EFFETTI DELLA CORRENTE • Sovraccarico • La durata ammissibile per un sovraccarico dipende da diversi fattori: la temperatura del conduttore precedente all'insorgere del sovraccarico, la temperatura ambiente, la corrente di sovraccarico e le caratteristiche dell'isolamento. In termini generali, un sovraccarico è sopportabile per una durata tanto maggiore quanto • minore è la corrente • minore è la temperatura ambiente • minore è la temperatura iniziale del conduttore • maggiore è la perdita di vita utile ammissibile per ogni evento di sovraccarico • Corto-circuito • Una corrente di corto-circuito è invece sopportabile per una durata di tempo tale che il conduttore non superi la massima temperatura ammessa in corto-circuito. Con alcune ipotesi cautelative circa la temperatura del conduttore prima dell'insorgere del corto-circuito e la temperatura ambiente, la massima temperatura ammessa in corto circuito si traduce nel valor massimo dell'integrale di Joule, o dell'energia specifica, che la linea è in grado di sopportare. dott. ing. Michele Marco Aiello

16. EFFETTI DELLA CORRENTE • Mezzi preventivi • Per ridurre la probabilità che abbiano luogo correnti anormali, si adottano alcune misure preventive: • contro il sovraccarico, occorre dimensionare correttamente i componenti e farne un uso corretto • contro il corto-circuito, occorre adottare isolamenti adeguati a sostenere le sollecitazioni elettriche, termiche e meccaniche. • Per limitare le conseguenze di correnti anormali, vanno previsti sistemi di protezione sempre contro il corto-circuito, e contro i sovraccarichi se ipotizzabili. Le caratteristiche delle protezioni devono essere coordinate con quelle degli elementi protetti, in modo tale che: • il sovraccarico, se consentito, non solleciti eccessivamente la linea; • il corto-circuito sia disalimentato in tempi tali che non fluisca nella conduttura un'energia specifica maggiore del massimo consentito (e non faccia così superare al conduttore la massima temperatura ammessa in corto-circuito). dott. ing. Michele Marco Aiello

17. DISPOSITIVI DI PROTEZIONE sensibilità  l'attitudine a rilevare variazioni, anche relativamente piccole, delle condizioni di funzionamento di un sistema. selettività la capacità del sistema di protezione di escludere dal servizio il solo componente che si trova in condizioni anormali di funzionamento. tempestività la capacità di intervenire sempre e solo al momento opportuno. autonomia il sistema di protezione deve essere indipendente dalla struttura della rete e dalle condizioni di funzionamento della stessa. sicurezza di funzionamento occorre che l'energia necessaria al funzionamento della protezione sia sempre disponibile, anche, e soprattutto, quando il sistema/componente protetto è in condizioni di funzionamento anormale. dott. ing. Michele Marco Aiello

18. DISPOSITIVI DI PROTEZIONE corrente nominale il massimo valore della corrente nominale prevista per questo tipo di interruttore è 125 A. Nel campo da 6 A a 125 A i valori di In sono preferibilmente 6 – 10 – 13 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 Ampère; in commercio sono poi disponibili altri valori per piccole correnti (a partire da 0,5 A) potere di corto-circuito nominale (estremo), Icn valore efficace della componente alternata della corrente di corto-circuito presunta che l'interruttore è capace di stabilire, portare ed interrompere in condizioni specificate, relative in particolare al fattore di potenza del circuito; il massimo valore previsto per questo tipo di interruttori è 25000 A. Valori normalizzati sono 1500 – 3000 – 4500 – 6000 – 10000 – 15000 – 20000 – 25000 A. corrente convenzionale di non intervento, Inf valore di corrente che non provoca l'intervento dell'interruttore per un intervallo di tempo convenzionale (1 h per In≤ 63 A, 2 h per In > 63 A)  Inf = 1,13 In nel caso di interruttori automatici per usi domestici e similari corrente convenzionale di intervento (termica), If valore di corrente che provoca l'intervento dell'interruttore entro un intervallo di tempo convenzionale (come per Inf)  per questi interruttori è If = 1,45 In dott. ing. Michele Marco Aiello

19. PROTEZIONE DAI SOVRACCARICHI Verificare che sia: Ib ≤ In ≤ Iz (1) If ≤ 1,45 · Iz (2) relazione (2)  il dispositivo di protezione deve avere una corrente di sicuro funzionamento su sovraccarico (o corrente convenzionale d’intervento) If non superiore alla portata della conduttura maggiorata del 45%. PROTEZIONE DAI CORTOCIRCUITI dott. ing. Michele Marco Aiello

20. PROTEZIONE DAI CORTOCIRCUITI dott. ing. Michele Marco Aiello

21. SCHEMA CONCLUSIVO dott. ing. Michele Marco Aiello

22. UN CASO DI STUDIO dott. ing. Michele Marco Aiello