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Progetto ospedale - Tesi

Il presente fascicolo tecnico, riguarda la proposta di progetto dell’impianto elettrico del
suddetto edificio.
Questa struttura è adibita ad uso ospedaliero.Esso è di tipo tradizionale e si sviluppa su
quattro piani, rispettivamete (dal basso verso l’alto): piano seminterrato, piano rialzato,
piano primo e piano secondo. I vari piani che compongono l’edificio,... Vedi di più

Esame di Progettazione elettronica docente Prof. M. Zamboni

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ESTRATTO DOCUMENTO

6

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

E1 P = 10 kW

alb

E2 P = 17 kW

alb

E3 P = 5 kW

alb

E4 P = 14 kW

alb

Scelta quindi la taglia dei motori Pn (400 V, 3 fasi,50 Hz, 4 poli), superiore a questi valori,

per tenere conto del transitorio di avviamento, si ricava la potenza elettrica:

Pel = Pn / η m

In cui η =0,89 è il rendimento del motore.

m

E1 Pel= 11 kW

E2 Pel= 20 kW

E3 Pel= 6 kW

E4 Pel= 15 kW

La potenza elettrica verrà quindi ridotta dai fattori Kc e Ku per ottenere la potenza

utilizzata (Pc’) Pc’=Pel*Ku*Kc

La scelta di questi fattori si basa sulla taglia e la priorità dell’ascensore:

Ku=3 - Kc=1 ascensore principale (E2)

Ku=1 - Kc=0,8) ascensore secondario (E1)

Ku=0,8 - Kc=0,6 ascensori ausiliari (E3, E4)

E1 Pc’ = 8,6 kW

E2 Pc’ = 58,8 kW

E3 Pc’ = 2,8 kW

E4 Pc’ = 7,3 kW

Sommando i contributi di ciascun ascensore si ottiene una la potenza attiva totale:

Pc’ = 78 kW (ascensori) 7

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Aanlogamente, sono state calcolate con metodo diretto le potenze dei seguenti carichi:

Carico Pel [kW] Q.tà Pel [kW] Ku Pc’’ [kW] Kc Pc’ [kW]

Caldaia 3 1 3 2,4 1,4

Centrale frigorifera 1,5 1 1,5 1,2 0,7

Autoclave 15 1 15 12,0 7,2

Lavatrici 3,2 8 25,6 0,8 20,5 0,6 12,3

Stireria 1,5 5 7,5 6,0 3,6

Compressori 0,3 1 0,3 0,2 0,1

Macc. Disinfezione 0,8 3 2,4 1,9 1,2

La potenza specifica è stata determinata mediante la consultazione di datasheet tecnici

relativi ai carichi sovraelencati. Sommando le potenze calcolate si ottiene una potenza

utilizzata pari a:

Pc’ = 26,5 kW (altri carichi concentrati)

La potenza attiva, calcolata con metodo diretto, risulta:

Pc’ = 78 + 26,5 = 104,5 kW

Considerando un cosφ = 0,9 si ottiene una potenza apparente, calcolata con metodo

diretto, pari a :

Sc’ = Pc’ / cosφ = 116 kVA

2. METODO INDIRETTO

Questo metodo si basa sull’utilizzo di indici di densità di potenza specifici per diverse

tipologie di carico ed utilizzo. Gli indici, nel caso di edifici ad uso ospedaliero, sono

generalmente espressi in W/m², W/posto letto oppure W/unità.

In questo progetto si è deciso di utilizzare gli indici di densità di potenza per locali ad uso

medico (rif. CEI):

luce

f.m.

condizionamento 8

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

cucine

apparecchiature elettromedicali

apparecchiature non elettromedicali

L’indice di densità di potenza di un carico per l’unità coperta da tale carico non viene

espressamente moltiplicato per i coefficienti Ku e Kc, poiché questi sono già

intrinsecamente considerati nel valore dell’indice. Pc’ [kW]

Carico P Q.tà U.M. Pc’ [kW]

Luci 12 W/mq 5600 mq 67,2

F.M. 15 W/mq 5600 mq 84

Condizionamento 25 W/mq 5600 mq 140

Cucine 8 W/mq 5600 mq 44,8

Degenza ordinaria 0,8 kW/p.l. 60 p.l. 48,0 439,6

Degenza intensiva 1,8 kW/p.l. 2 p.l. 3,6

Day Hospital 0,5 kW/p.l. 2 p.l. 1,0

Camere blocco operatorio 6 kW/u.tà 5 u.tà 30,0

Sala chirurgica 1 kW/u.tà 1 u.tà. 1,0

Lab. Prep. Citostatici 2 kW/u.tà 10 u.tà 20,0

Considerando un cosφ = 0,9 si ottiene una potenza apparente, calcolata con metodo

diretto, pari a :

Sc’ = Pc’ / cosφ = 488,5 kVA

3. CALCOLO DELLA POTENZA DI PROGETTO

La potenza apparente totale di dimensionamento Sc detta anche carico convenzionale

non tiene conto delle perdite dell’impianto e del suo futuro ampliamneto. Si cerca pertanto

di maggiorare il carico convenzionale, fin qui calcolato, giungendo alla potenza di progetto

Sp dell’impianto con la seguente relazione<.

Sp = Sc’ * Cp * Ce

In cui: Ce = coefficiente di espandibilità = 40%

Cp = coefficiente di perdita = 10%

Pertanto, nel caso in esame, si ottengono i seguenti risultati:

Sc’ = 488 + 116 = 604 kVA 9

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Sp = 604 * 1,4 * 1,1 = 930 kVA

A seguito di questo calcolo si è stabilita una potenza di progetto relativa all’alimentazione

sicura da UPS e all’alimentazione di emergenza da gruppo elettrogeno pari a:

Sups = Sp * 20% = 186 kVA

Sge = Sp * 50% = 465 kVA

In allegato sono riportate le tabelle di calcolo relative al dimensionamento della potenza di

progetto dell’impianto (Tabelle 1-4). 10

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Fornitura, scelta dei trasformatori e calcolo correnti cto.cto.

- ST03 -

1. FORNITURA E SCELTA DEI TRASFORMATORI

La tensione di fornitura, in particolare la scelta se alimentare l’impianto in Bassa Tensione

(BT) o in media tensione (MT), dipende dalla potenza di dimensionamento calcolata in

precedenza e dalle disponibilità del distributore (in funzione delle condizioni di carico della

rete).

In questo caso la potenza apparente globale dell’impianto risulta di 930 kVA e sarà quindi

necessario prevedere una alimentazione in Media Tensione con cabina di trasformazione

MT/BT.

Si suppone una tensione di alimentazione in MT di 20kV in un punto della rete con S pari

cc

a 500 MVA

La distribuzione di energia all’interno dell’edificio sarà totalmente in bassa tensione a 400

V (concatenata).

Per il dimensionamento dell’impianto di terra di cabina, necessario visto il collegamento a

terra della carcassa metallica del trasformatore (dovuto al fatto che la distribuzione a

monte della cabina sarà del tipo IT) si ipotizzano forniti dall’ente distributore i seguenti dati:

- Corrente di guasto a terra = 50 A

- Tempo di estinzione del guasto a terra = 0,5 s

L’utilizzo di trasformatori risulta necessario poiché la fornitura è in MT. I Passi fondamentali

sono la scelta dei dati di targa e del numero di trasformatori da inserire.

I dati di targa sono vincolati dai parametri di allacciamento alla rete e dalla potenza

assorbita infatti:

- Tensione di allacciamento 20 kV

- Potenza assorbita = 930 kVA

La fornitura è trifase senza neutro, per questo motivo il primario del trasformatore sarà

collegato a triangolo. 11

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

La tensione di distribuzione dell’impianto è invece 400 V trifase con neutro e quindi gli

avvolgimenti al secondario del trasformatore saranno collegati a stella (DYn11), con una

tensione nominale di isolamento almeno pari a 400 V. Il rapporto di trasformazione sarà

considerato pari a t = 50.

La potenza nominale totale dei trasformatori dovrà essere superiore a quella dimensionata

in fase di progetto.

La scelta per il numero di trasformatori si basa sulle seguenti considerazioni:

• garantire la massima continuità di servizio vista la destinazione ad uso medico;

• far lavorare il trasformatore nel punto a rendimento massimo;

• considerare una soluzione tecnologicamente ed economicamente vantaggiosa;

• considerare l’eventuale espandibilità dell’impianto;

Per queste ragioni, si è optato per l’utilizzo di tre trasformatori di potenza 800 kVA, di cui

due funzionanti in parallelo, ed il terzo costituente una riserva fredda. In questo modo, in

caso di guasto su un trasformatore, attraverso il comando di interblocchi centrali si può

baypassare il carico dal trasformatore guasto a quello sano di riserva.

Il collegamento in parallelo prevede la scelta di trasformatori della stessa taglia, gruppo e

con stessa vcc% in modo da garantire l’assenza di correnti di ricircolo ed una perfetta

partizione del carico.

Grazie al collegamento in parallelo i due trasformatori da 800 kVA alimenteranno

equamente il carico che all’incirca ammonta a 930 KVA; ciò comporta una percentuale di

carico dell’ordine del 50-60% del carico nominale; questa situazione corrisponde appunto

al caso di rendimento massimo.

Qui di seguito si riportano tutti i dati relativi al trasformatore scelto per l’impianto. 12

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

2. CARATTERISTICHE E DATI DI TARGA DEI TRASFORMATORI

Apparecchiatura MT: T1800 (T-CAST)

Dati Tecnici:

Potenza nominale * kVA 800

Tensione di riferimento kV 24

Tensione di prova a frequenza industriale 50 Hz 1 min kV 50

Tensione di impulso 1,2 / 50 microS kV 125

Tensione primaria kV 20

Tensione secondaria tra le fasi, salvo V 400 (a vuoto)

altra scelta

Tens. sec. tra le fasi e il neutro, salvo altra V 231 (a vuoto)

scelta ±

Regolazione MT standard, salvo scelta 2 x 2,5%

differente

Collegamenti triangolo / stella con neutro - Dyn 11

Perdite a vuoto W 2.000

Perdite dovute al carico 75 °C W 8.000

Perdite dovute al carico 120 °C W 9.400

Tens. di corto circuito standard, salvo altra % 6

scelta

Corrente a vuoto % 1,1

Corrente di inserzione Ie / In valore di 9

cresta

Corrente di inserzione - costante di 0,30

tempo

Caduta di tensione a pieno carico % 1,38

cosϕ = 1

Caduta di tensione a pieno carico % 4,64

cosϕ =

0,8

Rendimento a 4/4 del carico % 98,57

cosϕ = 1

Rendimento a 4/4 del carico % 98,22

cosϕ =

0,8

Rendimento a 3/4 del carico % 98,78

cosϕ = 1

Rendimento a 3/4 del carico % 98,48

cosϕ =

0,8

Rumore potenza acustica Lwa dB (A) 71

Rumore pressione acustica Lpa a 1 m dB (A) 58

* La potenza nominale è riferita a circolazione naturale dell’aria (AN). Essa può essere

aumentata del 30% con l’applicazione di ventilatori di raffreddamento forzato (AF). 13

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Schede tecniche

Dimensioni e Pesi

potenza nominale kVA 800

tensione primaria kV 20

tensione di riferimento kV 24

Esecuzione a giorno (IP00) L mm 1450

P mm 850

H mm 1737

G mm 1700

M mm 1176

J mm 490

N mm 270

D mm 670

massa kg 2000

∅ rulli di scorrimento mm 125

Con armadio di protezione L mm 2050

P mm 1155

H mm 1975

D mm 670

massa kg 2175

∅ rulli di scorrimento mm 125

In ragione dell’evoluzione dei criteri di progettazione e dei materiali, le dimensioni ed i pesi riportati nelle

tabelle si potranno ritenere impegnativi solo dopo conferma scritta da parte di Schneider Electric.

Codice Descrizione Qtà

NHJWMT03807982N0 T-Cast 800kVA, 20kV/400V, Dyn11, Vcc 6%, Cl.F/F, reg.MT ± 2x2.5%, + 3 PT100 1

NHJWMT03807993N0 Kit di montaggio armadio protezione IP31 per T-Cast potenza da 630 a 800 kVA 1

NHJWMT03807997N0 Centalina termometrica digitale T154 1

NHJWMT03807996N0 Kit di montaggio blocco a chiave per armadio di protezione T-cast 1

NHJSCARICO_NO Senza scarico a terra 1

Il tipo di isolamento scelto è in resina in modo da ridurre la necessità di manutenzione ed

evitare l’adozione di misure cautelative per il rischio incendio. Il tipo di raffreddamento con

l’ambiente esterno è ad aria con circolazione naturale. 14

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Schede tecniche

La classe degli avvolgimenti previsti sarà:

E0 = luogo con nessun fenomeno di condensa e inquinamento trascurabile

C1 = installazione in luogo interno con temperatura minima superiore ai 5 °C e

F1 = a rischio incendio, trasformatore con ridotta infiammabilità e autoestinguenza

in un tempo definito.

3.CALCOLO CORRENTI DI CORTO CIRCUITO

Qui di seguito si riporta il calcolo delle correnti di corto circuito a monte e a valle dei

trasformatori, svolto mediante il metodo del generatore equivalente.

• Icc lato MT

1n2 3 2 6

Zr = V / Scc = (20 * 10 ) / (500 * 10 ) = 0,8 Ω

3

I = (c * V ) / (√3 * Z ) = (1,1 * 20 * 10 ) / (√3 * 0,8) = 15,877 kA = 16 kA

cc1 1n EQ

• Icc lato BT 15

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Schede tecniche

2n2

Z = Z = (V / S ) * (v / 100) = 12 mΩ

cc1 cc2 n cc%

n2 2 3 2

R = P / (3 * I ) = P / (3 * (S / (√3 * V )) ) = 2000 / (3 * (800 * 10 / (√3 * 400)) ) =

cc J J n 2n

0,5mΩ cc2 cc2

Xcc = √(Z – R ) = 11,98 mΩ

Xr = 0,995 * Zr = 0,796 Ω

Rr = 0,1 * Xr = 0,0796 Ω

Zr = 0,0796 + j 0,796 Ω

t = 50 = rapporto di trasformazione

2 2

Z = (Rr/t + j Xr/t ) + (R /2 + j X /2) = 6,314 mΩ ∟87,44°

EQ cc cc -3

I = (c * V ) / (√3 * Z ) = (1 * 400) / (√3 * 6,314 * 10 ) = 36,576 kA = 37 kA

cc2 2n EQ 16

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Tipologie di alimentazione e distribuzione primaria

- ST04 -

1. TIPOLOGIE DI ALIMENTAZIONI E POTENZE DI DIMENSIONAMENTO

Per garantire la massima continuità di servizio e il regolare funzionamento della struttura

anche in presenza di disservizi del fornitore di energia, si prevede l’installazione e il

cablaggio di un impianto di alimentazione privilegiata e uno di alimentazione sicura; si

distingueranno quindi tre tipi di alimentazioni differenti a seconda della natura e

dell’importanza del carico stesso, oltre che da ciò che prevedono le norme vigenti.

Durante il funzionamento normale UPS e gruppo elettrogeno sono fermi, i congiuntori tra

le sezioni fanno si che l’energia dei trasformatori raggiunga tutti i carichi dell’impianto

attraverso le tre sezioni previste; nel funzionamento ordinario dunque, la potenza globale

dell’impianto è ripartita su tutte e tre le sezioni: normale, privilegiata e sicura. In caso di

guasto, attraverso un adeguato comando degli interruttori del circuito (motorizzati), si

stacca la sezione normale che rimarrà disalimentata, e si mette in avviamento il gruppo

elettrogeno. L’UPS entra in servizio istantaneamente ed alimenta i carichi sotto ‘sicura’;

una volta avviato il gruppo elettrogeno (10 - 20 secondi), questo alimenterà i carichi

privilegiati e supporterà l’alimentazione di quelli sicuri, se necessario, vista la breve durata

delle batterie; si tenga conto che i gruppi di continuità sono collegati contemporaneamente

alla rete elettrica e ad una fonte d’energia ausiliaria e per evitare interruzione alle utenze

hanno un funzionamento di tipo on-line, nel senso che tutta l’energia consegnata ai carichi

passa sempre attraverso il gruppo di continuità.

All’alimentazione normale si allacceranno carichi per i quali non ci sono limiti alle

interruzioni ammesse, questo implica che in caso di marcia ‘in isola’ dello stabilimento

questi non funzioneranno; l’alimentazione privilegiata, alimentata da un gruppo

elettrogeno, prevede interruzioni non superiori alle medie cioè di durata non superiore ai

15 secondi. in questa categoria vengono inseriti gli impianti per la movimentazione di

persone, nella fattispecie gli ascensori. L’alimentazione sicura, assicurata attraverso

l’ausilio di gruppi statici di conversione UPS posti in cabina, garantisce interruzioni non

superiori a 0,15 secondi; è quindi adatta all’alimentazione di carichi quali server per

17

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

l’elaborazione dei dati presente nei locali ad uso tecnico, illuminazione di sicurezza e

particolari macchinari ospedalieri critici.

Qui di seguito si riporta la tabella con la caratterizzazione dei carichi, e delle rispettive

potenze, allacciati alle tre tipologie di alimentazione, al fine di dimensionare l’impianto UPS

ed il gruppo elettrogeno.

QUADRO POTENZA NORMALE PRIVILEGIATA SICURA

- [kW] [%] [kW] [%] [kW] [%] [kW]

QS1 25 100% 25 0% 0 0% 0

QS2 42 100% 42 40% 17 0% 0

QS3 72 100% 72 40% 29 0% 0

QR1 18 100% 18 0% 0 40% 7

QR2 54 100% 54 0% 0 40% 21

QR3 32 100% 32 40% 13 0% 0

Q11 18 100% 18 0% 0 40% 7

Q12 60 100% 60 40% 24 0% 0

Q13 42 100% 42 0% 0 40% 17

Q14 29 100% 29 40% 12 0% 0

Q21 18 100% 18 0% 0 40% 7

Q22 48 100% 48 20% 10 20% 10

Q23 51 100% 51 40% 20 0% 0

Ascensori 52 100% 52 100% 52 0% 0

TOT. normale 560 privilegiata 176 sicura 69

Non avendo ricevuto specifiche indicazioni da parte del committente sul dimensionamento

della potenza sicura e privilegiata, si sono analizzate a una a una le zone elettriche in

modo da definire la rispettiva percentuale della potenza (rispetto alla normale) in funzione

della natura dei carichi più consueti che si allacceranno all’impianto.

Le tipologie di carichi da associare ad una particolare alimentazione, in caso di guasto,

sono state stabilite secondo il seguente criterio:

• Carichi normali: prese ausiliarie, carichi di secondaria importanza

• Carichi privilegiati: ascensori, illuminazione, studi, laboratori

• Carichi sicuri: ambulatori, uffici (PC), sala operatoria, terapia intensiva, locale

incubatrici

2. SCELTA GRUPPI UPS 18

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Si ricorre, per maggiore sicurezza, al parallelo di due gruppi statici, con adeguate

ridondanze nel circuito per essere certi del corretto funzionamento in caso di necessità; si

prevede la realizzazione di un bay-pass meccanico, in modo da poter anche escludere

totalmente il sistema di continuità senza interrompere l’alimentazione ai carichi sicuri.

P > 69 kW = 77kVA

UPS

si scelgono 2 gruppi di continuità da 60 kVA l’uno, in modo da avere anche in caso di

lavoro a una temperatura di 40°C una potenza erogata totale di 96 kW ; vista la

standardizzazione delle taglie di cavi e quadri, la potenzialità dell’impianto nella sezione

alimentata dall’UPS è molto più ampia dei soli 69 kVA stimati; per cui si ritiene opportuno

sovradimensionare la potenza del gruppo statico a 120 kVA soprattutto vista la

destinazione ad uso medico. Questi gruppi statici verranno posti in apposito locale tecnico.

Le caratteristiche di ogni singolo gruppo di continuità:

• Potenza nominale apparente a 25 °C = 66 kVA

• Potenza nominale apparente a 40 °C = 60 kVA

• Potenza nominale attiva in uscita a 40 °C = 48 kVA

• Potenza nominale attiva in uscita massima a 40 °C = 60 kVA

• Larghezza = 570 mm

• Altezza = 1780 mm

• Profondità = 830 mm

• Peso = 290 kg

3. SCELTA GRUPPO ELETTROGENO

Per la scelta del gruppo elettrogeno bisogna tenere in considerazione la limitata capacità

di autonomia delle batterie degli UPS; questo implica il fatto che, una volta avviato il

gruppo elettrogeno, questo dovrà anche alimentare le utenze sicure, sempre seguendo lo

schema a blocchi allegato; per questa ragione la potenza di dimensionamento del gruppo

elettrogeno sarà la somma delle potenze del ramo sicuro e di quello privilegiato; visto che

si è già effettuata la scelta del gruppo statico. Avremo quindi:

P > 176 kW (priv) + 69 kW (sic) = 245 kW = 273 kVA

GE 19

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Si sceglie un gruppo elettrogeno fisso, adibito in un locale tecnico appositamente dedicato,

con motore endotermico a scoppio alimentato a gasolio raffreddato ad acqua con le

seguenti caratteristiche tecniche:

GEP - A5 - IVECO GEPI300

Motore 8210 SRI 26

Alternatore MJB315SA4

KVA Alternatore 300

Dati tecnici

Tensione nominale V 400

Corrente nominale PRP A 433

Potenza g.e. PRP kVA 300

Corrente Dispositivi di potenza A 630

Numero di cilindri e disposizione 6L

Consumo orario carburante (100% Pot. nominale) l/h 66

Lunghezza (OPEN) mm 3050

Larghezza (OPEN) mm 1300

Altezza (OPEN) mm 2150

Si dimensiona il gruppo di alimentazione privilegiata in modo da avere una potenza media

erogata non superiore al 70 % di quella nominale, inoltre si tiene conto dei problemi

derivanti dalla presa di carico cioè del passaggio da vuoto a carico massimo dell’ordine del

40 – 50 %; per questo si tiene conto che la potenza privilegiata di 176 kW sarà subito

inserita ai morsetti del GE, mentre la parte sicura, 69 kW, verrà inserita in un secondo

momento (dopo circa 10 minuti); al più potrà essere previsto un circuito elettromeccanico

per l’inserimento (graduale) ritardato di pochi ms dei carichi privilegiati;

4. RIEPILOGO

Potenza normale 800 kVA * 2 trasf. = 1600 kVA

Potenza privilegiata 300 kVA

Potenza sicura 120 kVA

In allegato sono riportati gli schemi a blocchi delle alimentazioni e della distribuzione

primaria dell’impianto elettrico (Tabella 5, Tavola 5). 20

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Distribuzione primaria: dimensionamento cavi

- ST05 -

1. DIMENSIONAMENTO CAVI

La Distribuzione primaria dell’energia elettrica,ovvero la distribuzione di energia elettrica

dal Quadro generale di Bassa Tensione (QGBT) ai differenti quadri di zona avviene tramite

dei collegamenti in cavo. Si rende pertanto necessario il dimensionamento dei cavi di

collegamento dei componenti di distribuzione primaria. Le modalità di scelta di un cavo di

distribuzione, devono tener conto innanzitutto della temperatura che viene sviluppata

all’interno del cavo,durante il funzionamento. La temperatura sviluppata è infatti dovuta

all’effetto Joule. Un cavo presenta quindi una temperatura massima di funzionamento che

corrisponde alla temperatura limite del cavo, la quale consente una durata di vita pari a

25-30 anni. Un’altro parametro caratteristico del cavo è la durata definita come il tempo di

funzionamento del cavo entro il quale, l’isolante mantiene le corrette proprietà dielettriche

e meccaniche(prima che l’isolante presenti fessurazioni,perdita di elasticità e condizioni

che favoriscano il corto circuito). La temperatura massima di funzionamento è funzione

quindi della durata che,a sua volta è fortemente influenzata dal tipo di materiale isolante. A

seconda del tipo di materiale isolante impiegato, si può avere un’aumento o una

diminuzione della temperatura massima sopportata dal cavo. Ad esempio,un cavo avente

isolante in PVC,garantisce una temperatura massima di funzionamento di 70°C inferiore

ad un cavo con isolamento in EPR ove la temperatura massima di funzionamento sale

sino a 90°C. Legata a questi parametri del cavo,ne verrà definito un’altro: la portata.Esso

corrisponde alla corrente limite che attraversando il cavo in condizioni di posa e

funzionamento ben definite.

Infatti un cavo della stessa tipologia (quindi stesso materiale isolante) avrà condizioni di

funzionamento diverso a seconda del tipo di posa.

La normativa CEI 35024 definisce quindi un metodo di definizione della portata di un cavo

(Iz): = ⋅ ⋅

I 0 Ib k

1 k 2 21

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

k1 è un coefficiente correttivo della temperatura dell’ambiente,nel caso in cui presenti

valori diversi da 30 °C .

k2 è un coefficiente correttivo dovuto alla presenza di altri cavi in vicinanza e del tipo di

posa (in fascio o a strato).

I0 rappresenta la portata di un cavo in condizioni di posa standard ed a una temperatura

ambiente di 30°C.

La portata in condizioni standard è pure influenzata dal fatto che il cavo sia unipolare(un

solo conduttore caricato) oppure multipolare(più conduttori caricati). La scelta di un cavo

unipolare avviene più spesso per valori di portata molto elevati in quanto si mecessita di

avere delle sezioni elevate. I cavi multipolari,invece vengono preferiti per le portate più

basse,in quanto lo scambio termico è più critico a parità di sezione e isolamento(è

maggiore il numero dei conduttori). Un vantaggio però nella scelta dei cavi multipolari è

quello di ottenere una disposizione più ordianta dei contuttori,in quanto rivestiti e disposti

in forma compatta da una guaina. Mentre nel caso di sezioni elevate si possono avere

difficoltà pratico – installative (ad esempio canaline con raggi di curvatura elevati).

I parametri I0 , k1 , k2 verrano stabiliti in seguito alla consultazione di opportune tabelle.

Per quanto riguarda la scelta della tipologia e caratteristiche del cavo,vi sono due differenti

modi di designazione:norma CEI 20-27,norma CEI UNEL 35011. Nel caso di un edificio

ospedaliero vi è da segnalare la presenza di persone degenti. Considerando ciò il tipo di

cavo scelto per la distribuzione primaria è un FG7OM1(secondo la norma CEI UNEL).Tale

codice rappresenta un cavo avente: materiale conduttore in corda flessibile(F), materiale

isolante in gomma EPR(G7),anime riunite per cavo rotondo(O),guaina termpolastica

speciale(M1).

Il tipo di cavo scelto,viene oggigiorno largamente impiegato in ambito ospedaliero perchè

vengono evitati l’emissione di gas tossici. Si sceglie inoltre di adottare un cavo multipolare

con 3 conduttori caricati(circuiti trifase),per motivi di ordine e compattezza e di installare i

cavi in aria libera su passarella perforata. Si presume di operare ad una temperatura

ambiente di 30°C fissando cosi k1=1.Supponendo di caricare sulla passarella perforata 9

circuiti caricati si adotta k2=0,72. 22

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Questo metodo di dimensionamento dei cavi si basa un criterio termico: i cavi presentano

materiale isolante: è bene pertanto che non funzionino a temperature troppo

elevate,altrimenti si innescano reazioni chimiche che portano ad un deterioramento del

cavo stesso.

Viene presentato quindi un’esempio di dimensionamento di un cavo di distribuzione

primaria seguendo questo criterio.I dati sviluppati durante questo calcolo si possono

visionare nella tabella allegata (Tab.6).

2. ESEMPIO DI CALCOLO

Si prende in esame il cavo che collega il Quadro Generale in BT con il quadro di zona

QS1.

Dalla potenza d’impiego (Pn) del quadro di zona QS1 viene ricavata la corrispondente

corrente d’impiego (Ib) prevista per la linea di collegamento.

Pb 25000

= = =

Ib 40 A

ϕ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

3 Vn cos 3 400 0

,

9

Utilizzando la definizione di portata si ricava la I0’ stimata.

Ib 40

= = =

I 0 ' 55 A

⋅ ⋅

k

1 k 2 1 0

,

72

Si sceglie quindi da tabella una portata standard I0 > I0’

I0=75 A

Che corrisponde ad una sezione minima di 10 mm².

Ovviamente il processo di dimensionamento del cavo non è ancora terminato. Fin qui si è

tenuto conto solamente dell’effetto della temperatura senza accennare agli effetti dovuti

alla lunghezza del cavo. Il valore di lunghezza,incide sull’impedenza del cavo,per cui

avere cavi di lunghezza eccessiva può voler dire avere cadute di tensione inamissibili per

il buon funzionamento degli apparecchi. A tal fine è necessario procedere,una volta

23

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

esaurito il dimensionamento termico,ad un calcolo della caduta di tensione sul cavo. La

norma CEI 64815,definisce infatti un valore massimo di caduta di tensione ammissibile

pari al 4 % a partire dal punto di fornitura. Per quanto riguarda la distribuzione primaria è

bene che la caduta di tensione percentuale non superi il 1,5 %.

Considero quindi la caduta di tensione industriale per stimare la caduta di tensione

ammissibile sul cavo. ϕ ϕ

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

( R Ib cos X Ib sen )

∆ = ⋅ ⋅

V % 3 100

Vn

R e X rappresentano rispettivamente la resistenza e la reattanza del cavo. Ritornando al

calcolo si ha: ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

( 0

,

0908 40 0

,

9 0

, 00344 40 0

, 44

)

∆V = ⋅ ⋅ =

% 3 100 1

, 44

%

400

che risulta piuttosto vicino al limite di 1,5 %. Per questioni di sicurezza nonchè di praticità,

si preferisce adottare un numero ristretto di sezioni, standardizzandole (10,16,25,70 mm²).

Per il cavo in esame si adotterà allora una I0 ancora più grande di quella calcolata:

I0= 100 A

Il nuovo valore di I0 corrisponde ad una sezione di 16 mm².

Si calcola nuovamente la caduta di tensione % (CDT %), avendo dei nuovi valori di R e X.

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

( 0

, 0572 40 0

,

9 0

, 00327 40 0

, 44

)

∆V = ⋅ ⋅ =

% 3 100 0

,

91

%

400

Trovando un buon margine dal limite di 1,5 %

In allegato le tebelle complete relative al dimensionamento cavi di distribuzione primaria

(Tabella 6). 24

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Distribuzione primaria: protezione dei circuiti contro

sovracorrenti

- ST06 -

1. LA PROTEZIONE DEI CIRCUITI

Si è visto nella precedente scheda tecnica le modalità di dimensionamento e scelta dei

cavi facenti parte della distribuzione primaria . Ora viene affrontato la scelta dei dispositivi

di protezione . Tali dispositivi vengono anche chiamati dispositivi a massima corrente, in

quanto intervengono automaticamente ad interrompere la corrente nel cavo, quando

supera una certa soglia. E’ importante infatti ricordare che la durata di vita media riferita ad

un’impianto elettrico è stimata attorno a 25 – 30 anni. Durante questo periodo, i cavi

dell’impianto possono esssere sollecitati da sovracorrenti. Per convenzione si assume che

durante la vita di un cavo avvengono 100 eventi di sovracorrenti.

Quando si verifica una sovracorrente, il surriscaldamento del cavo dev’essere controllato

per evitare l’invecchiamento del cavo stesso. A livello normativo è stato imposto che

l’insieme delle sovracorrenti che hanno luogo nell’arco di vita del cavo (100) non deve

ridurre la vita del cavo oltre il 10%. Si deduce pertanto che un singolo evento di

sovracorrente non deve ridurre la vita del cavo oltre lo 0,1%.

Un’ evento di sovracorrente in un cavo si verifica quando il valore di corrente nel cavo è

tale da superare la portata del cavo stesso. Si distinguono due tipologie di sovracorrente :

correnti di sovraccarico e correnti di cortocircuito. Esse presentano delle sostanziali

differenze tra loro. Una sovracorrente di sovraccarico avviene in un circuito sano,ossia non

guasto elettricamente. In tale situazione, la corrente impiegata effettivamente nel cavo è

tale da essere superiore alla portata del cavo.Nella maggior parte dei casi le correnti di

sovraccarico rimangono nell’ordine di grandezza (una decina di volte) della portata del

cavo . Un’esempio di corrente di sovraccarico si può osservare nell’avviamento di un

motore ove viene assorbita una corrente di spunto maggiore rispetto al valore di corrente

nominale per cui è stata progettata.

Per quanto riguarda il cortocircuito ci si riferisce alla sua definizione : “Una sovracorrente

che si stabilisce in un circuito in seguito ad un guasto di impedenza trascurabile tra due

punti tra cui vi è potenziale nel circuito”. Se si prova ad immaginare un circuito lungo dove

25

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

la corrente è limitata da un carico ed avviene in un certo istante un guasto tra due punti del

circuito di impedenza trascurabile, il guasto bypassa una parte del circuito,accorciandolo.

In tale situazione, la corrente nel circuito diventa molto elevata e viene limitata solo

dall’impedenza dei cavi e del generatore. Varie cause del cortocircuito possono essere

usura meccanica dei conduttori, i quali soggetti a piegatura possono finire col

danneggiarsi. Un’altra fonte di guasto può essere ricercato all’interno degli apparecchi

elettrici: ingresso di liquidi, polveri conduttrici (C, Fe, Al),guasti elettronici, allentamento dei

cavi. Rispetto ad una corrente di sovraccarico, le correnti di cortocircuito hanno

generalmente ordini di grandezza di centinaia o migliaia di ampere. E’ pertano

fondamentale nel progetto la scelta di dispositivi di

protezione adeguati ad interrompere l’alimentazione dell’impianto o di parti di esso,quando

vengono ad instaurarsi delle sovracorrenti. Tali dispositivi si possono suddividere in due

branchie,quella dei fusibili e quella degli interruttori. In Italia negli impianti di Bassa

Tensione vengono impiegati questi ultimi, in altri paesi come ad esempio la Francia

vengono preferiti i fusibili per motivi di natura economica e di rapidità nell’intervento.Il

vantaggio invece nell’impiego di interruttori è la selettività dell’intervento.Questi

dispositivi,come accennato all’inizio della scheda, vengono denominati dispositivi a

massima corrente.Quando la corrente è tale da superare una certa soglia,detta corrente di

sicuro funzionamento, il dispositivo di protezione interviene ad interrompere

l’alimentazione. La corrente di sicuro funzionamento (If) o sicuro intervento costituisce un

parametro di targa del dispositivo di protezione e corrisponde alla minima corrente per cui

il dispositivo interviene. Se ad esempio viene raggiunto tale valore di corrente, il

dispositivo interviene entro un tempo d’intervento convenzionale di un’ora circa se la

corrente nominale .Il tempo d’intervento convenzionale sarà invece di due ore

In 63 A

circa qualora In > 63 A . All’aumentare dei valori di corrente oltre questa soglia, il tempo

d’intervento dei dispositivi di protezione sarà via via più piccola. Un’altro parametro

fondamentale delle protezioni da sovracorrenti, per quanto riguarda gli interruttori, è il

cosidetto potere d’interruzione, ovvero la massima corrente che il dispositivo di protezione

è in grado di interrompere. Vi sono due tipologie di poteri di interruzione: potere

d’interruzione standard (Ics) e potere d’interruzione ultimativo (Icu). La differenza tra i due

risiede nel fatto che mentre con il potere d’interruzione standard è possibile interrompere

la massima corrente di cortocircuito per tre volte, secondo il ciclo (O-CO-CO), con un

potere d’interruzione ultimativo, l’interruzione della massima corrente di cortocircuito si ha

26

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

per due volte soltanto(O-CO), dopodichè non avendo più la certezza che possa sopportare

nuovamente la corrente nominale In, si deve sostituire l’interruttore.

Negli interruttori magnetotermici, sono presenti due tipi di sganciatori o sensori :

sganciatore termico e sganciatore magnetico. Nella figura vengono rappresentate a

semplice scopo esplicativo, la caratteristica del tempo d’intervento dell’interruttore

magnetotermico in funzione della corrente che attraversa l’interruttore. Si possono notare i

due tipi di andamenti della curva tempo-corrente: la prima,ad andamento assimilabile a

quello di un ramo di parabola, costituisce il limite d’intervento dello sganciatore termico; la

seconda presenta invece un’andamento approssimabile ad una retta orrizzontale,

costituisce il limite d’intervento dello sganciatore magnetico dell’interrruttore. Dal grafico si

desume infatti che lo sganciatore termico interviene, interrompendo le correnti di

sovraccarico, mentre lo sganciatore magnetico interviene,interrompendo le correnti di

cortocircuito. Da notare che il tempo d’intervento dello sganciatore magnetico sulla

corrente è pressochè costante (tempo indipendente). 27

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Ovviamente la caratteristica d’intervento dell’interruttore, non include il valore di corrente

nominale (In) dell’interruttore, cioè la massima corrente che il dispositivo sopporta senza

dover intervenire.

2. PROTEZIONE DA SOVRACCARICO

Nel caso in cui in un circuito ci sia una corrente di sovraccarico la corrente d’impiego

effettiva nel circuito (Ib), risulta maggiore della portata del cavo (Iz). Un dispositivo di

protezione da sovraccarico può essere inserito indifferentemente in qualunque punto del

circuito. Per la protezione del cavo, si sceglie uno sganciatore termico tale da rispettare la

seguente regola: ≤ ≤

Ib In Iz

La norma CEI 64-8 , inoltre da un limite alla zona dove non è certo l’intervento

dell’interruttore che corrisponde ai valori di corrente compresi tra la portata del cavo Iz e la

corrente minima di sicuro funzionamento della protezione If tale che

≤ ⋅

If 1

,

3 Iz

(valido per interruttori di tipo industriale)

E’ importante notare che Ib, Iz, In, If sono valori efficaci di corrente, che corrispondono a

un livello di corrente continua, che produce lo stessa potenza termica di una corrente

sinusoidale. L’intervento su valori efficaci di corrente è infatti possibile solo se il carico ha

la possibilità di arrivare a regime termico.

3. PROTEZIONE DA CORTOCIRCUITO

Nel caso invece del cortocircuito, questo discorso non si può effettuare. Durante tale

evento, nel cavo possono scorrere correnti molto elevate, dell’ordine di centinaia o migliaia

di ampere. Essendo il tempo d’intervento del dispositivo di protezione da cortocircuito

dell’ordine di frazioni di secondo, il cavo non ha abbastanza tempo per smaltire il calore

all’esterno ed ha luogo un’effetto adiabatico, ove la potenza termica prodotta per effetto

Joule va unicamente ad incrementare la temperatura interna del cavo. 28

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

L’intervento della protezione non è riferita ad un valore efficace di corrente, in quanto la

protezione interviene, durante il transitorio della corrente di cortocircuito che si presenta

come una sinusoide deformata. La corrente che sollecita il cavo, inizia dall’istante in cui ho

il cortocircuito e termina quando l’interruttore si apre. Tramite l’integrale di Joule, viene

calcolata l’energia specifica o energia passante, cioè l’energia lasciata passare

dall’interruttore prima dell’apertura. L’energia specifica per unità di resistenza del materiale

conduttore viene espressa come i²t. La “i” rappresenta la corrente di cortocircuito che

attraversa la protezione, mentre “t” rappresenta il tempo totale di apertura dell’interruttore.

Esistono varie curve i²t a seconda del dispositivo di protezione. Un’esempio di curva i²t

relativa ad un interruttore magnetotermico è il seguente:

La retta orrizzontale si riferisce invece alla caratteristica dell’energia specifica,

considerando il fenomeno del corto circuito adiabatico, tollerabile dal cavo (E). Durante un

cortocircuito l’energia passante può violare il limite della perdita dello 0,1% di vita del cavo.

La condizione di protezione dal cortocircuito è quindi:

2 2 2

i t K S

i²t = rappresenta l’energia specifica o passante delll’interruttore

E = K² S²


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DESCRIZIONE APPUNTO

Il presente fascicolo tecnico, riguarda la proposta di progetto dell’impianto elettrico del
suddetto edificio.
Questa struttura è adibita ad uso ospedaliero.Esso è di tipo tradizionale e si sviluppa su
quattro piani, rispettivamete (dal basso verso l’alto): piano seminterrato, piano rialzato,
piano primo e piano secondo. I vari piani che compongono l’edificio, sono collegati tra loro
mediante cinque vani scale e quattro ascensori.
Vi è inoltre assenza di vincoli architettonici. Di seguito verrà fornita una breve descrizione
relativa alla composizione dei vari piani elencati.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria elettrica
SSD:
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher sven87 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Progettazione elettronica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Torino - Polito o del prof Zamboni Maurizio.

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