Appunti integrazione impiantistica

IMPIANTO ELETTRICO

DOMANDE:

1) DESCRIVERE SCHEMA E FUNZIONAMENTO DEL TRASPORTO DELL’ELETTRICITÀ DALLA CENTRALE

ALL’UTENZA

2) PROTEZIONE DAI CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI: DEFINIZIONI E VERIFICHE

3) DISEGNARE LO SCHEMA FUNZIONALE DI UN IMPIANTO DI TERRA (SISTEMA TT), IDENTIFICANDO E

SPIEGANDO LA FUNZIONE DEI COMPONENTI. SPIEGARE INOLTRE COME QUESTO IMPIANTO

INTERAGISCE CON UNA PROTEZIONE DA CONTATTI INDIRETTI TRAMITE INTERRUTTORE

DIFFERENZIALE.

4) PROTEZIONE DAI SOVRACCARICHI E CORTO CIRCUITI (IMPIANTO): DEFINIZIONI E VERIFICHE

5) ILLUSTRARE LO SCHEMA DI ACENSIONE DI UN GRUPPO LUCI CON 1,2,3 PUNTI DI COMANDO

6) VINCOLI ELETTROMECCANICI CIRCUITI LUCE E PRESE PER RESIDENZE

2

CENTRALE DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA: trasforma l’energia elettrica in energia meccanica ottenuta

tramite una turbina posta in rotazione tramite un fluido (acqua, vapore, aria).

CENTRALE IDROELETTRICA:

Diga sbarramento di un fiume per ottenere un serbatoio d’acqua



Bacino lago artificiale/serbatoio d’acqua



Condotta forzata grossa tubazione che trasporta l’acqua dalla diga alla turbina



Turbina macchina motrice con organo rotante messo in movimento dall’energia cinetica dell’acqua proveniente dalla



condotta forzata

Alternatore macchina elettrica che trasforma l’energia meccanica (fornita dalle turbine idrauliche) in energia elettrica



a corrente alternata. È formato da una parte fissa, lo statore e una parte rotante, il rotore, su cui ci sono avvolgimenti

di rame isolati, detti induttore e indotto.

Trasformatore macchina elettrica statica usata per alzare il voltaggio della corrente in uscita per evitare successive



perdite di energia elettrica durante il trasporto in linea. Traferisce, usando l’induzione elettromagnetica, en elettrica a

corrente alternata da un circuito a un altro modificandone le caratteristiche. È formato da due avvolgimenti, formati da

un certo numero di spire di filo di rame avvolte intorno a un nucleo a elevata permeabilità magnetica, uno riceve en

dalla linea di alimentazione, l’altro è collegato ai circuiti di utilizzazione.

Linee di trasporto insieme di conduttori che permettono il trasporto e la distribuzione dell’energia elettrica a grandi



distanze.

Metodi di definizione della corrente elettrica:

Metodo 1 Bassa: <400kV

 Alta: >400kV

Metodo 2 Bassa: <15kV

 Media: 15-20 kV

Alta: 220-580kV 3

DESCRIVERE SCHEMA E FUNZIONAMENTO DEL TRASPORTO DELL’ELETTRICITÀ DALLA CENTRALE

ALL’UTENZA

TRASFORMATORI CABINE DI

TRASFORMAZIONE

turbina,

L’energia potenziale che entra nella dopo essere stata trasformata in energia cinetica, viene convertita in

elettricità dall’alternatore, un generatore elettrico formato da una parte fissa (statore) e una rotante (rotatore) sui quali

sono disposti due avvolgimenti in rame detti indotto e induttore. Esso genera elevate potenze in corrente alternata con

sistemi trifase e da esso l’elettricità viene distribuita. Dopo un piccolo tratto la corrente, erogata in media tensione,

trasformatore,

viene sottoposta all’azione del che prima alza e poi abbassa nuovamente la tensione. Si tratta di una

macchina elettrica che sfrutta il fenomeno dell’induzione elettromagnetica capace di cambiare le caratteristiche della

corrente in transito. È costituito da due avvolgimenti, ognuno dei quali con un determinato numero di spire di filo di

rame, avvolte su un nucleo di ferro ad elevata permeabilità magnetica. È visto come un cubo in cui entrano le 3 fasi

in media tensione.

Media ad altatrasformatore;

Alta a mediatrasformatore abbassatore;

Media a bassacabine di trasformazione.

- Potenza attiva P misurata in Watt, indica la realizzazione di lavoro meccanico



- Potenza apparente A potenza massima attribuibile in condizioni limite



- Potenza reattiva Q indice di come i campi magnetici interagiscono con il sistema; potenza associata alla



creazione dei carichi elettromagnetici e allo scambio di energia fra le apparecchiature.

Il trasformatore è il macchinario il cui rendimento è pari a 1.

× ×

√3

2 2 2 2 1

= =1 = =1 = = ×

× ×

√3

1 1 2

1 1

Dove: A è la potenza apparente in uscita; A è la potenza apparente in entrata; I = corrente; V= tensione

2 1 trasformatore

Da questa relazione possiamo capire perché il è usato per trasformare la media tensione in alta tensione.

All’aumentare della tensione, infatti, la corrente in transito diminuisce e questo mi consente di minimizzare le perdite

di carico durante il trasporto dell’energia, di realizzare degli ancoraggi e dei sostegni più esili e leggeri e dei tralicci più

leggeri ma più alti per essere più lontani dalle persone. Nonostante il costo maggiore risulta comunque vantaggioso.

Una volta trasformata in alta tensione, l’energia ripassa in media tensione in prossimità della città, poiché in alta risulta

cabine di trasformazione,

troppo pericolosa. La media tensione poi è trasformata in bassa tensione tramite le ovvero

dei trasformatori più piccoli localizzati in prossimità degli edifici e sono realizzate dall’ente distributore per utenze che

usano poca potenza in bassa tensione o dallo stesso utente nel caso di potenze elevate con, però una diminuzione

sul prezzo in kW/h in media tensione. 4

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI SECONDO IL LORO MODO DI COLLEGAMENTO A TERRA (= PROTEZIONE

GUASTI ELETTRICI)

I sistemi elettrici possono essere o meno collegati a terra in un loro punto, mentre le masse degli apparecchi ad essi

collegati devono essere obbligatoriamente collegate a terra direttamente o attraverso il collegamento di terra del sistema

elettrico.

I sistemi vengono classificati con due lettere:

- prima lettera situazione del sistema:

1) T = collegamento diretto a terra di un punto (in genere il neutro)

2) I = isolamento da terra o collegamento a terra di un punto (in genere il neutro) tramite un’impedenza (= forze di

opposizione di un circuito al passaggio di una corrente elettrica alternata o variabile)

- seconda lettera situazione delle masse:

1) T = collegamento a terra

2) N = collegamento al punto del sistema elettrico collegato a terra

I 3 sistemi classificati secondo la protezione ai guasti elettrici sono:

SISTEMA TN

1) SISTEMA TT

2) SISTEMA IT

3)

SISTEMA TN neutro del sistema a terra con le masse collegate direttamente al neutro oppure tramite il conduttore



di protezione. Sono sistemi alimentati in media tensione, la distribuzione e l’alimentazione delle apparecchiature è

effettuata in bassa tensione oppure in parte in bassa tensione ed in parte in media tensione. È obbligatorio nel caso

di una cabina privata di trasformazione.

Si distinguono 3 tipi di sistemi TN a seconda che i conduttori di neutro e di protezione siano separati o meno:

1) TN-C : è vietato, le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in un solo conduttore (PEN)

2) TN-S: il conduttore di neutro e di protezione sono separati. Si tratta di un sistema trifase + conduttore neutro +

conduttore di protezione.

3) TN-C-S: le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in un solo conduttore e in parte separate.

5

SISTEMA TT ha un punto del sistema collegato direttamente a terra e le masse dell’installazione collegate ad un



impianto di terra elettricamente indipendente da quello del collegamento a terra del sistema elettrico.

(impianti elettrici alimentati direttamente in bassa tensione)

SISTEMA IT Non ha parti del sistema collegate direttamente a terra, mentre le masse sono collegate a terra.



(Impianti che non ammettono l’interruzione di esercizio a causa di un guasto a terra) in caso di guasto si trasforma



in un sistema TN-S es: sale operatorie. L’impianto di terra è separato e garantisce continuità in esercizio in tutta

sicurezza. 6

PROTEZIONE DAI CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI: DEFINIZIONI E VERIFICHE

Protezione delle tensioni da contatto DIRETTO

1) (PERSONE) : il contatto diretto avviene quando si entra in contatto

con una parte dell’impianto normalmente in tensione. La protezione dalle tensioni di contatto diretto è effettuata

prevedendo adeguati isolamenti per tutte le parti in tensione, comprese le parti d’impianto di categoria 0 (servizi

segnalazioni‐telefoni) e racchiudendo le parti attive degli impianti, nonché le giunzioni e morsettiere, entro custodie

(bisogna controllare anche il deterioramento di parti come plastiche e gomme); sono ammessi i seguenti provvedimenti:

1‐ isolamento delle parti attive

2‐ protezione mediante ostacoli

3‐ protezione mediante involucri e barriere

4‐ protezione mediante distanziamento

grado di protezione

Il degli involucri e delle barriere viene valutato con la sigla IPX X dove X individua quanta

1 2 1

protezione la barriera o l’involucro realizza contro la penetrazione di corpi solidi (0 < X < 6) e X individua quanta

1 2

protezione la barriera o l’involucro realizza contro la penetrazione dei liquidi (0 < X < 8). Nella realizzazione di nuovi

2

impianti il grado di protezione delle custodie deve essere un minimo di:

IP 55 per posa all’esterno degli edifici o in ambienti bagnati o umidi

IP 44 (IPxxD) per posa in depositi/magazzini, centrali e locali tecnici

IP 40 per posa in altri locali interni

Protezione delle tensioni da contatto INDIRETTO

2) (PERSONE): quando si entra in contatto con una massa o una

parte conduttrice che in condizioni normali non dovrebbe essere in tensione ma che lo è per un difetto nell’isolamento.

Provvedimenti ammessi:

1‐ protezione mediante interruzione automatica del circuito

2‐ protezione mediante componenti elettrici di classe II (con isolamento doppio o rinforzato) e identificati dal segno

grafico

3‐ protezione per mezzo di luoghi non conduttori

4‐ protezione per mezzo di collegamento equipotenziale locale, non connesso a terra

5‐ protezione per separazione elettrica

Solitamente la protezione è realizzata con interruttori automatici con relè termico o con relè differenziale (scelta

consigliata)

IMPIANTI DI CATEGORIA 1: SISTEMA TT (Impianti alimentati a bassa tensione da contatori della compagnia elettrica)

Norma CEI 64-8/4 art 413.1.4.2: deve essere rispettata la relazione:

PRIMA RELAZIONE FONDAMENTALE

≤

Con: Ia= corrente che provoca il funzionamento di un dispositivo di protezione (entro 5 sec per dispositivi di max

corrente, 1 sec per dispositivi differenziali); Ra= somma della resistenza dei dispersori e dei conduttori di protezione

nei punti di guasto

Se la relazione non può essere rispettata solo con gli interruttori automatici magnetotermici, ma se si devono usare

selettività di intervento

protezioni aggiuntive di tipo a corrente differenziale, si deve rispettare la degli interruttori, cioè

i guasti a terra faranno intervenire la protezione differenziale del solo interruttore immediatamente a monte del guasto

senza provocare l’apertura degli interruttori principali dei quadri di distribuzione.

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DISEGNARE LO SCHEMA FUNZIONALE DI UN IMPIANTO DI TERRA (SISTEMA TT), IDENTIFICANDO E

SPIEGANDO LA FUNZIONE DEI COMPONENTI. SPIEGARE INOLTRE COME QUESTO IMPIANTO INTERAGISCE

CON UNA PROTEZIONE DA CONTATTI INDIRETTI TRAMITE INTERRUTTORE DIFFERENZIALE.

Prende le correnti di guasto e le disperde nei dispersori (intenzionali o non intenzionali) a terra.

N.B. la posizione del plinto

può essere opposta)

LEGENDA:

DN=dispersione naturale

DA= dispersione artificiale

Servono a disperdere eventuali correnti di guasto

CT=conduttore di terra. Serve a collegare i dispersori tra loro e a portarli al collettore di terra MT

MT=collettore di terra.

Sbarra di rame che collega tutti i conduttori all’impianto:

conduttore di terra che connette le masse al MT

- PE:

- EQP: conduttori di equalizzazione principale che collegano le tubazioni del mio impianto al

MT

- EQS: conduttori di equalizzazione secondaria che collegano le masse estranee al mio

impianto al collettore di terra

= masse estranee A,B : masse

2,3,4,5,6 8

Nel caso si verificasse un guasto a terra con una protezione da contatti indiretti tramite interruttore differenziale,

l’impianto interagirebbe in questo modo:

Si tratta di una protezione differenziale tramite TOROIDE, un nucleo ferromagnetico di forma circolare dotato di tre

bobine collegate al neutro, alla fase e al sistema di protezione.

Circuito sano in condizioni di normale utilizzo la corrente entrante I e la corrente uscente I sono uguali e generano

 1 2

uguali.

un flusso magnetico totale nullo con

1 2

Circuito guasto una parte del circuito si collega all’impianto di terra, di conseguenza le due correnti I e I sono

 1 2

non nullo ( ) Nasce una corrente risultante I che attraversa la

diverse e generano un flusso risultante ≠

1 2 R

terza bobina del toroide differenziale. Questa corrente I determina l’intervento dell’interruttore differenziale che scatta

R

automaticamente e toglie l’alimentazione. 9

PROTEZIONE DAI SOVRACCARICHI E CORTO CIRCUITI (IMPIANTO): DEFINIZIONI E VERIFICHE

sovraccarico

Il è una sovracorrente che si stabilisce in un circuito elettricamente sano che eventualmente alimenta un

carico che presenta una anomalia (motore con rotore bloccato) o ad un circuito utilizzato al di là dei parametri di

progetto (troppi carichi alimentati dalla stessa presa).

sovraccarichi

Le protezioni dai (l’invecchiamento non è un sovraccarico) sono realizzate con:

Interruttori automatici magnetotermici RELÉ TERMICO,

a) = che intervengono quando vengono superate

determinate condizioni e stabiliscono:

‐ per protezioni regolabili:

I 63 A I < 1,35 I (per un tempo convenzionale di 1 h); I > 63 A I < 1,25 I (per un tempo convenzionale di 2 h)

≤ 

n f n n f n

‐ per protezioni fisse:

I 63 AI < 1,45 I (per un tempo convenzionale di 1 h); I > 63 A I < 1,45 I (per un tempo convenzionale di 2 h)

≤

n f n n f n

dove: I : corrente nominale; I : corrente convenzionale di intervento che assicura il funzionamento del dispositivo entro il

n f

tempo convenzionale

Relè termici tripolari compensati,

b) rispondenti alle norme IEC 947‐ 4, che rispettino la relazione:

I < 1,25 I (per un tempo convenzionale di 1 h)

f n

Fusibili cilindrici o a coltello,

c) rispondenti alle norme IEC 269/2 e CEI 32.1.

I I I SECONDA RELAZIONE FONDAMENTALE

Saranno rispettate le condizioni (norma CEI 64‐8/4): (Il circuito

≤ ≤

b n z

da proteggere ha una In adeguatamente superiore a Ib ed Iz adeguatamente superiore a In) e I 1,45 I . dove: Ib è

≤

f z

la corrente di impiego del circuito; Iz è la portata della conduttura; If è la corrente convenzionale di intervento che assicura

il funzionamento del dispositivo entro il tempo convenzionale, In è la corrente nominale.

corto circuito

Il è una sovracorrente prodotta da un guasto di impedenza trascurabile tra due o più parti di un circuito

corto circuito

che presentano tra loro una tensione. Le protezioni di (è un evento violento adiabatico che si verifica al

raggiungimento di 9/10 volte In) saranno realizzate dagli stessi interruttori automatici delle protezioni contro i

sovraccarichi, che soddisferanno le seguenti condizioni:

1‐ potere d’interruzione uguale o superiore alla massima corrente di corto circuito (Iccm) presunta nel punto

d’installazione;

2‐ il valore minimo della corrente di corto circuito produrrà l’apertura dell’interruttore entro 5 secondi;

3‐ l’impulso termico lasciato transitare dall’interruttore, per i valori minimo e massimo della corrente di corto circuito,

sarà sopportabile dalla conduttura in relazione alla sezione e al tipo d’isolamento.

Stabilito il valore minimo della corrente di corto circuito, si verificherà mediante le curve caratteristiche dell’interruttore,

che esso provochi l’intervento entro 5 secondi; diversamente si aumenteranno le sezioni della conduttura. La verifica

K×S/I

di tenuta dei conduttori all’impulso termico sarà fatta verificando la relazione: ovvero, con approssimazione

≤

√t

I K TERZA RELAZIONE FONDAMENTALE

consentita: dove: I è il risultato dell’integrale di Joule per la

2 2 2 2

≤

×t ×S ×t

durata del corto circuito lasciato transitare dall’interruttore, in A s; K è un coefficiente che tiene conto della natura del

2

conduttore e del materiale isolante (K = 115 per conduttori in rame isolati con PVC; K = 143 per conduttori in rame

isolati con gomma etilenpropilenica e propilene reticolato) ;S è la sezione del conduttore in mm L’integrale di Joule

2.

sarà rilevato dalle curve caratteristiche dell’interruttore, per i valori di minimo (Iccm) e massimo (IccM) della corrente

di corto circuito. In mancanza di queste curve caratteristiche, il valore dell’integrale di Joule sarà calcolato considerato

per “t” il tempo d’intervento dell’interruttore corrispondente alla corrente di corto circuito.

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CAVI ELETTRICI:

3.1.07 della Norma CEI 64‐8:

Art. per i circuiti di sistemi a tensione nominale non superiore a 230/400 V i cavi

devono essere del tipo con guaina protettiva, salvo quelli posati entro tubi o canali, che possono anche essere del tipo

senza guaina protettiva. Non è ammessa la posa di cavi direttamente sotto intonaco.

Definizioni:

Cavo: denominazione generica usata per indicare un conduttore uniforme