Corso di impianti elettrici

7/29/2019 Corso di impianti elettrici

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Prof.Gianfranco Cellai

FONDAMENTI DI IMPIANTIFONDAMENTI DI IMPIANTI

ELETTRICIELETTRICI

Impianti Tecnici

Corso di Laurea in Scienze dell’Architettura




Normativa di base

Per la progettazione degli impianti elettrici dal 1990 è in vigore la Legge 46/90 ora sostituita dalD.M. 37 del 22 gennaio 2008 (G. U. n. 61 del 12/03/2008) e dal DL 25 giugno 2008 n 112,"Regolamento concernente il riordino delle disposizioni in materia di attività di installazione degliimpianti all'interno degli edifici"; questo stabilisce quali siano i soggetti abilitati a progettare e

realizzare le principali tipologie di impianti relativi a tutti gli edifici e a quali obblighi e prescrizionidebbano attenersi tali soggetti.Fondamentale nella progettazione, realizzazione e collaudo di un impianto elettrico sono lenorme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI), gli impianti elettrici in bassa tensione alimentatida un ente elettrocommerciale devono comprendere un impianto di messa a terra (sistema TT)in quanto necessario per la protezione dai contatti indiretti.

D.M. 37 del 22 gennaio 2008D.M. 37 del 22 gennaio 2008

(G.U. n. 61 del 12/03/2008)(G.U. n. 61 del 12/03/2008)

DLDL 25 giugno 2008 n 11225 giugno 2008 n 112

convertito in Legge 6 agostoconvertito in Legge 6 agosto

2008, n. 1332008, n. 133




Campo di applicazione




Scelta dei materiali




DPR 447/91




Adeguamento




Dichiarazione di

conformità




Certificato di abibilità




Obbligo delprogetto




TerminologiaTerminologia Tensione V (Volt, V): forza elettromotrice che muove gli elettroni in unconduttore a causa della differenza di potenziale applicata all’estremità di uncircuito elettrico (corrente elettrica); tipicamente nelle residenze è pari a 220 V

Corrente o Intensità I (Ampere, A) : intensità di corrente costituita dal

movimento degli elettroni, per convenzione dal polo positivo verso quellonegativo;

Corrente alternata: negli impianti cittadini la polarità +, - cambia con unafrequenza di circa 50 Hz (s-1)

Resistenza elettrica R (Ohm, Ω) : resistenza opposta dal conduttore almoto degli elettroni; sussiste la seguente relazione tra resistenza R, tensione

V e intensità I : R = V / IR = V / I (legge di Ohm)(legge di Ohm)

Potenza elettrica P (W) : P = V x I; ad es. una presa da 10 A porta unapotenza elettrica fino a: 220 V x 10 A = 2200 W (2,2 kW);

Circuito elettrico: ciascuna parte dell’impianto utilizzatore avente unica

alimentazione protetta da sovraccorrenti; ovvero i circuiti sono pari al n° diinterruttori automatici.




Caduta di tensione in linea: è determinata dalla resistenza del circuito

R =ρ L/S con ρ = resistività del conduttore

L = lunghezza del circuito

S = sezione del conduttore

Impianto di Terra: sistema di protezione dalle tensioni di contatto accidentali deiconduttori metallici; costituito da conduttori e dispersori a contatto con il terreno(la massa metallica assume il potenziale di terra); la resistenza di terra Rt deveessere correlata all’intensità della corrente di scatto Id dell’interruttore

differenziale. Con l’impianto di terra la tensione non deve superare i 50 V.Interruttore automatico magnetotermico: interruttore della corrente posto asalvaguardia dei conduttori per evitare rischi di cortocircuito a causa delsuperamento dei valori dell’intensità di corrente prestabiliti Is (intensità della

corrente di scatto);Interruttore automatico differenziale (detto salvavita): interruttore di correnteposto a protezione delle persone che vengono accidentalmente in contatto conmasse metalliche sotto tensione; l’intensità di corrente di scatto Id assume

valori non superiori a 25-30 mA con interventi in circa 0,02 secondi;

f




Segni grafici




Generazione trifase e consegna dell’e.e.

Le reti di distribuzionepubbliche sono incorrente alternata allafrequenza di 50 Hz; larete è in collegamento

trifase R,S,T con ilneutro.

La consegna all’utentepuò avvenire in correntetrifase e neutro (380 V)oppure in monofase eneutro (220 V).




Realizzazione delle colonne montanti secondo norme CEIRealizzazione delle colonne montanti secondo norme CEI--6464--8/58/5

conduttore di protezioneimpianto elettrico




1 terreno esterno

2 collettore di terra

3a alimentazione elettrica dai contatori

3b alimentazione di protezione

4a/b scatole di derivazione e controllo

5 derivazione appartamento

6 quadro elettrico appartamento

Schema distributivo impianto condominialeSchema distributivo impianto condominiale




Protezione dai contatti: sistema TTIl neutro è messo a terra in cabina e in più punti lungo la linea di consegna. L'impiantoelettrico privato è solitamente messo a terra attraverso un proprio impianto e con unproprio dispersore. In questo modo in caso di guasto verso terra di un apparecchio, sicrea una corrente di ritorno attraverso la terra che provoca lo scatto degli interruttoridifferenziali di protezione. Questo sistema è detto Terra-Terra (TT), obbligatorio in Italiaper tutte le utenze private in bassa tensione.

Interruttori di protezione




Interruttori di protezioneProtezione delle persone (parte differenziale): poiché nella rete elettrica il conduttoreneutro è collegato a terra, qualunque collegamento tra la fase della linea elettrica e la

terra subisce un passaggio di corrente I3. Questa corrente si disperde a terra e nonritorna attraverso l'interruttore differenziale a monte dell'impianto, il quale rivela che lasomma delle correnti di nodo I1 +I2 non è più nulla ed interviene aprendo il circuitoelettrico.

Interruttore monofase differenziale-magnetotermicola leva del differenziale è bianca e al centro

le leve magnetotermiche sono nere a sinistrail tasto per il test di funzionamento è il bianco a destra

Protezione dal cortocircuito (Parte magnetica) Questo tipo di guasto si verifica quando due filiconduttori a differente potenziale (fase-neutro) entrano in diretto contatto tra loro, provocando unelevatissimo ed istantaneo flusso di corrente (corto circuito).

Protezione del sovraccarico (Parte termica) Questo problema si verifica quando l'intensità dicorrente supera i limiti costruttivi dell'impianto e in particolare la capacità dei fili conduttori di

smaltire il calore prodotto per effetto J oule.

P i li d t tti i di tti




Pericoli da contatti indiretti

Resistenza di terra deve essereminore della resistenza minima

del corpo umano

Rt ≤ 50 / Ic

Rt ≤ 50/0,03 ≤ 1666 Ω

La resistenza di contatto del corpo umano Rc variada 2000 Ω (mani bagnate e calzature in cuoio) adoltre 10000 Ω (mani asciutte e calzature in gomma)con valori intermedi di circa 3000Ω : pertanto nellasituazione più vantaggiosa si ha che l’intensità dicorrente Ic che attraversa il corpo è pari a :

Ic = 220 V/10000 ≈ 0,03 A (30 mA)

Valore che posso assumere a riferimento per laresistenza di terra.

S h




Schemaimpianto di terra




Protezione dei componenti di impianto

La protezione dei componenti di impianto dalle infiltrazioni di acqua

e oggetti, ad es. la polvere, è desumibile dalla classificazione fatta

in base alle norme CEI 70.1.

I diversi gradi di protezione sono individuati mediante una sigla IPIP

seguita da due numeri XXXX, dove il primo indica la protezione

dall’acqua ed il secondo dall’ingresso di corpi solidi.

Si va pertanto dal grado minimo IP00 (non protetto), al grado

massimo IP68, ovvero apparecchio protetto totalmente dalla

polvere e dalla sommersione in acqua. Per esempio tipici

apparecchi illuminanti da esterno hanno valori IP 55, ovvero protettida getti d’acqua e dalla polvere.




Protezione dal sovraccarico

In = corrente di portata dell’interruttoreIz = intensità di corrente in regime permanente

C i d ll’i i




Componenti dell’impiantoGruppo di misura : è di proprietà dell’ENEL e normalmente è posizionato

in zona accessibile dai tecnici (es. vano scale condominiale). Esso ècostituito dal misuratore e da un limitatore di potenza relativo all’impegnocontrattuale. Con i contatori di nuova generazione la lettura dei consumi èdi tipo remoto, ovvero non è necessario accedere al contatore. Il contatore

misura i consumi (es. potenza di 1 kW x 1 ora = 1 kWh), mentre illimitatore misura la potenza istantanea utilizzata: quando questa superadel 10% il valore contrattuale (es. 3,3 kW), il limitatore interrompel’erogazione di energia elettrica fino alla riattivazione da parte dell’utente.Se l’utente ritiene di aver bisogno di maggior potenza deve richiedere unnuovo contratto.

Cavi unipolari: comprendono un solo conduttore;

Cavi multipolari: comprendono più cavi unipolari (es. tre cavi costituiti

dalla fase, il neutro ed il conduttore di terra);

Interruttori manuali: sono dispositivi atti ad interrompere l’erogazione die.e. sul circuito a comando dell’utente; es. nel caso di intervento diriparazione sul circuito. Normalmente sono presenti due o più interruttori.

In funzione del numero di circuiti neo quali è suddiviso l’impianto.




Centralino di distribuzione (Q.E.) : accoglie gli interruttori generaliautomatici e manuali dei circuiti, oltre ad altri apparecchi quali suonerie,temporizzatore, allarmi, ecc.

Apparecchi di comando: sono i dispositivi che comandano l’accensionedegli apparecchi utilizzatori (luce, prese); essi sono l’interruttore, il deviatore,l’invertitore ed il pulsante.

Punto luce deviato: comandato da due posti distinti (due deviatori);

Punto luce invertito: comandato da tre o più posti distinti (due deviatori euno o più invertitori);

Punto luce interrotto: comandato da un solo posto.




Potenze tipiche di apparecchi




Potenza massima contemporanea P (W)degli elettrodomestici

forno elettrico + piastre elettriche: potenza nominale 2000 W;

lavastoviglie: potenza nominale 2000 W;

gruppo congelatore + frigorifero: potenza nominale 500 W;

cappa di aspirazione, comprese luci: potenza nominale 200 W;

piccoli elettrodomestici da cucina: potenza nominale 200 W;

Totale Potenza Pmax. 4.900 W

Considerando un fattore di contemporaneità pari a 0,5 si ha P=0,5*Pmax = 2450 W.

P t t d i d tt i




Portata dei conduttori

Dimensioni tubi




Dimensioni tubi




Dimensioni cavi

Ci iti di di t ib i




Circuiti di distribuzione




Esempi di distribuzione




Schema impianto a3 circuiti




Schemaimpianto

a 5 circuiti




Dotazioniminime

Norme UNI CEI

64-50




Quote diinstallazione

Locale ingresso




Locale ingresso




Cucina




Soggiorno




Cameretta




camera




garage




Centraletermica

Schema distributivo generale




g

SEGNATURA DELLE TRACCE




NB. Ricordarsi di verificare il progettodi arredamento e le quote diinstallazione, oltre ad evitare percorsi

tortuosi .

TRACCIATURA A MANO O CON FLESSIBILE




NB. Nelle ristrutturazioniricordarsi sempre diverificare le possibiliinterferenze con altriimpianti sottotraccia quali

gli impianti di distribuzionedel gas, idrico-sanitari e diriscaldamento.

In particolare la rottura

accidentale delle tubazionidel gas può determinareseri pericoli per lasicurezza.

POSIZIONAMENTO CASSETTE E SCATOLE




NB. Il posizionamentodeve rispettare alcuniprincipi generali quali laverifica delle quote e laposa con livella delle

scatole che sononormalmente appuntatecon malta a presa rapida ogesso prima della

chiusura finale delletracce.

POSIZIONAMENTO TUBI NELLE TRACCE




NB. Ricordarsi sempre di eseguire

documentazione fotografica degliimpianti sottotraccia.

Verificare possibili interferenze con altriimpianti a pavimento e assicurarsi della

protezione delle tubazioni a pavimentocontro rotture e schiacciamenti

CHIUSURA TRACCE CON MALTA BASTARDA




La chiusura delle tracce deve

avvenire con malta a base dicalce e cemento (premiscelati)della malta bastarda.

Questo perché in caso di

necessità di riapertura delletracce questa possa avvenireagevolmente.

Nel caso di ristrutturazioni èimportante che la finitura delle

tracce avvenga con particolarecura onde evitare che le stessesiano visibili eccessivamente.

PASSAGGIO CONDUTTORI ELETTRICI




NB. Ricordarsi di rispettare i colori convenzionali che sono il nero/marrone per lafase, il celeste per il neutro ed il giallo-verde per la linea di terra.

Gli impianti ausiliari quali Telefono, TV, videocitofono,Hi-Fi, ecc. devono passare incondutture separate ed arrivare a scatole separate.

NB. E’ molto importanteproteggere l’estremità deicavi prima del passaggio deiconduttori dalla intromissionedi corpi estranei (malta,

detriti, ecc.), che possanorendere difficile o persinoimpedire l’operazione.

Normalmente si schiacciano itubi terminali portati fuori

dalle scatole, oppure siinseriscono tappi di fortuna(ad es. carta).

COLLEGAMENTO DEGLI APPARECCHI




NB. Assicurarsi che siano lasciati cavi sufficientemente lunghi per poter portare gliapparecchi fuori dalle scatole per possibili successivi interventi di manutenzionee/o sostituzione come da figura.

CABLAGGIO CASSETTE DI DERIVAZIONE




NB. Il cablaggio deve avvenire lasciando sempre cavi sufficientemente lunghi perconsentire operazioni di riparazione/manutenzione e soprattutto le teste dei conduttoridevono essere collegate tra loro con appositi morsetti, evitando assolutamente l’uso dinastro adesivo.

Morsetto di

collegamento




L’illuminazione artificiale degli

interni

La luce è energia emessa nel campo di sensibilità dell’occhio umano

La natura della luce




La luce è energia emessa nel campo di sensibilità dell occhio umano

caratterizzata da lunghezza d’onda comprese tra circa 0,38 μm e 0,78 μm,

0,38 μm 0,78 μm

Le grandezze illuminotecnicheΩ




Flusso luminoso (φ) [lumen, lm]

Quantità di energia luminosa emessa nell’unità di tempo da una

sorgente.

Intensità luminosa (I) [candela, cd = lm / sr]Flusso luminoso emesso all’interno dell’angolo solido unitario

(steradiante) in una direzione data.

Illuminamento (E) [lux, lx = lm / m²]Rapporto tra flusso luminoso ricevuto da una superficie e area

della superficie stessa

Luminanza (L) [candela / m², cd / m²]Rapporto tra intensità luminosa emessa da una superficie in una

data direzione e l’area apparente di tale superficie.

dS

d E

Φ=

Ω

Φ=

d

d I

dS

dφ

α

=dS

dIL

Le relazioni tra le grandezze illuminotecniche




( )2r

cosIE

θ⋅=

Incidenza normale (θ = 0°)

2

2

r

I

dSr dSI

dS

d I

dS

d E ==

θ⋅=

Φ=

Incidenza obliqua (θ ≠ 0°)

(legge del coseno)

dS

θ

r

Ω

n

Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380

Illuminotecnica, illuminazione di interni con luce artificiale




Indice di abbagliamento G, riferito alla sola

illuminazione artificiale, calcolabile mediante il

metodo descritto dall’appendice A della UNI

10380.

Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380:1994/A1

Illuminotecnica, illuminazione di interni con luce artificiale




Valori raccomandati per le scuole secondo la norma UNI 10840

locali scolastici - criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale




Progetto di illuminazione di interni:

metodo del flusso totale




Coefficiente di utilizzazione

t

u

Φ

Φ=η

Flusso totale richiesto

d

S E t

⋅

⋅=Φη

L

t nΦ

Φ=

Numero di sorgenti necessarieh

b2,0a8,0K

+=

b>a

h=altezza utile

Il coefficiente di utilizzazione dipende da:

• Sistema di illuminazione;

• Rendimento ν (%) dell’apparecchio;

• Coefficienti r di riflessione di soffitto e muri;• Forma del locale

Fattore di deprezzamento

Le sorgenti luminose subiscono neltempo una riduzione di flusso perinvecchiamento, deposito di povere ealterazioni delle superfici riflettenticompreso le pareti delle stanze.

Per questo si usa nei calcoliilluminotecnici un fattore didprezzamento d che si può assumere:

•d = 0,80 per illuminazione diretta

•d = 0,65 per illuminazione uniforme

•d = 0,60 per illuminazione indiretta

Dove: S = superficie da illuminare (m2)

d = fattore di deprezzamento (-)

η = coefficiente di utilizzazione (-)

Dove: Φu = flusso utile (lm)




Si voglia illuminare un’aula scolastica avente le seguenti dimensioni :2

Esercizio




a = 6 m b = 12 m S = 72 m2

h (altezza sul piano di lavoro) = (3 h lampade – 0,9 h tavolo) = 2,1 m

r (pareti e soffitto) = 50%

con il seguente sistema

•illuminazione diretta con d = 0,8;

•lampade fluorescenti tubolari da 40 W (1200 x 26 mm) flusso luminoso 3450 lm

•apparecchi con griglie di defilamento ν (%) = 55 %

•Illuminamento sul piano di lavoro E = 400 lux

h

b2,0a8,0K +=

d

S E t

⋅

⋅=Φη

= (0,8 * 6 + 0,2 * 12)/2,1 ≅ 3,4

Dalle tabelle risulta un coefficiente di utilizzazione η ≅ 41% e quindi il numero delle lampadenecessarie è pari a :

= (400 * 72)/ (0,41* 0,8) = 87.800 lm

L

t nΦ

Φ= = 87.800/3450 =26 lampade

Efficienza luminosa




L'efficienza di una sorgente luminosa

è un parametro che valuta quanta

energia elettrica sia effettivamente

convertita in luce.

Eff = Φ /W [Im / Watt]

Riflettore dicroico

Le sorgenti luminose




Possono essere artificiali (lampade) o naturali (luce del sole).

La lampada

• Costituisce il “cuore”dell’apparecchio ed è l’effettiva“SORGENTE LUMINOSA”

• E’ la lampada il primo elementoche determina la QUANTITA’ e laQUALITA’ della luce

• Il tipo di lampada scelta influiscedirettamente sulla PRESTAZIONELUMINOSA

lampada

Tipologie di lampade




INCANDESCENZA

TUNGSTENO

ALOGENE

SCARICA

IODURI

METALLICI

FLUORESCENTI

FLUORESCENTI

COMPATTE

Lampade ad incandescenza

Dati tecnici




Lampade fluorescenti lineari e circolari

Dati tecnici




Lampade a incandescenzaLampade a incandescenza•• VANTAGGIVANTAGGI

BASSO COSTO




- BASSO COSTO– MANUTENZIONE ASSENTE

– DIMENSIONI COMPATTE

– Buona resa cromatica

•• SVANTAGGISVANTAGGI

– CONSUMO ELEVATO

– DURATA RIDOTTA– CALORE EMESSO IN AMBIENTE

Spettro luminoso

Lampade fluorescenti compatte•• VANTAGGI VANTAGGI




– COSTI CONTENUTI– BASSI CONSUMI

– DURATA ELEVATA

•• SVANTAGGISVANTAGGI

– DIMENSIONI– RESA CROMATICA scarsa

Spettro luminoso

Spettri delle sorgenti luminose fluorescenti

TC-D 26W Col 21 (4000 K)

TC-D Lampade fluorescenti compatte




Alogena (2700 K)

TC D 26W Col 21 (4000 K)

TC-D 26W Col 31 (3000 K)

TC-D 26W Col 41 (2700 K)

Lampade a LED (Light Emitting Diode)

I LED sono uno speciale dispositivo formato da un sottile strato di




Sono sempre più utilizzati in sostituzione delle

lampade tradizionali grazie all'efficienzaluminosa notevole, e quindi al ridotto consumo

energetico, di 40-60 lm/W contro i 20 lm/W di

una lampada a incandescenza, e di 25 lm/W di

una ad alogeni. Fondamentalmente, il limite deiLED per l’illuminazione è il flusso luminoso

ridotto, che può arrivare ai 120 lm, ma che nei

modelli economici raggiunge solo i 20 lumen,

contro i 550 di una lampada ad incandescenza da60 W.

Sono inoltre caratterizzati da elevata affidabilità

e lunga durata di esercizio (fino a 50.000 ore).

materiale semiconduttore che sottoposto a tensione elettrica rilasciaenergia sufficiente da produrre luce (fotoni).

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