UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEFacoltà di ArchitetturaFacoltà di Architettura

Corso di Fisica Tecnica Ambientale Prof. F. Sciurpi - Prof. S. Secchi

A A 2011 2012A.A. 2011-2012

IMPIANTI ELETTRICI CIVILI

Per. Ind. Luca Baglioni

Dott. Arch. Andrea Salvietti

P R O G E T T A Z I O N EI M P I A N T IT E C N O L O G I C I SALVIETTI STUDIO

ENERGIA ELETTRICA

OBIETIVOApprofondire gli aspetti legati alla definizione edall’interazione degli impianti Elettrici negli edificiall interazione degli impianti Elettrici negli edifici

ARGOMENTI

CORRENTE ALTERNATA / CORRENTE CONTINUA

DISTRIBUZIONE DELLA CORRENTE ALTERNATA

SISTEMA TRIFASE – SISTEMA MONOFASE

PROTEZIONE DEGLI IMPIANTIPROTEZIONE DEGLI IMPIANTI

IMPIANTO ELETTRICO NEGLI EDIFICI

IMPIANTO DI TERRA

SICUREZZA DEGLI IMPIANTI

Energia ElettricaEnergia 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 b tt i di l i t ti lbatterie di qualunque genere esistenti nel mercato (Litio, Piombo, NiMh, ecc..) che permettono il funzionamento di smartphone, Tablet , PC ecc..; questa si produceva attraverso , ; q pgeneratori rotanti chiamati dinamo, ma oggi esclusivamente attraverso convertitori AC/DCesclusivamente attraverso convertitori AC/DC portatili, quali ad esempio i carica batterie, alimentatori per Notebook ecc oppure conalimentatori 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 nostreedifici pubblici, che illumina le nostre strade che ci permette di utilizzare tutti gli

l tt d ti i l hi t llelettrodomestici e le apparecchiature nelle nostre case essa è prodotta con macchine pelettriche che si chiamano Alternatori.

Perché la corrente alternata?

E' più facile da produrre gli alternatoriE più facile da produrre, gli alternatori sono macchine elettriche più semplici, meno costose e con rendimenti più alti rispetto alle dinamorispetto alle dinamo.

E' più facile da trasportare con gli elettrodotti, ci sono minor perdite di potenza sopratutto per grandi potenzepotenza sopratutto per grandi potenze

Corrente Continua e Corrente alternata

Corrente Alternata

La corrente alternata è caratterizzata da caricheLa corrente alternata è caratterizzata da cariche elettriche in moto variabile nel tempo sia in intensità che in direzione In Europa la correnteintensità 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 p q gnei conduttori ogni cinquantesimo di secondo)

Sistema Trifase

La trasmissione di corrente alternataLa trasmissione di corrente alternata utilizzata in Italia ed in gran parte del mondo e di tipo trifase, in quanto particolarmente efficiente e con minoriparticolarmente efficiente e con minori dispersioni per effetto Joule (quindi

ù )sezione del cavo elettrico più piccola).

Sistema Trifase

Per sistema trifase si intende un particolarePer sistema trifase si intende un particolare sistema di produzione, distribuzione e utilizzo dell’energia elettrica basato su tre tensionidell’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 q gsingoli di corrente alternata di uguale frequenza ma con fasi traslate o sfasate di 120°.ma con fasi traslate o sfasate di 120 .

Sistema Trifase

Sistema Trifase

Se i tre generatori del sistema trifase fossero fi i t ti t l di ifisicamente 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 sonoNel 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 haunico conduttore, su di esso (neutro) non si ha circolazione di corrente e può quindi essere eliminato; E’ così possibile trasportare la stessaeliminato; 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 i ilicivili.

N ll C bi di T f i MT/BT hNelle 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.eventuali correnti di guasto.

Cabine MT/BT in calcestruzzo e Cabine da PaloPalo

TENSIONE E FREQUENZA

Le tensioni ufficialmente usateLe 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(detta tensione di linea o concatenata). Si noti come il rapporto tra queste tensioni

√3sia di √3 .

La frequenza usata è pari a 50 HzLa frequenza usata è pari a 50 Hz.

Ovviamente non in tutto il mondo abbiamo le stesse tensioni di fase e la stessa frequenzastesse tensioni di fase e la stessa frequenza

Impianti Monofasep

Nella maggior parte delle abitazioni domestiche gg parrivano solamente due conduttori: una fase ed il neutro La tensione fase-neutro è pari a circail neutro. La tensione fase neutro è pari a circa 230 V, che è la nota tensione per usi domestici.

Di lit i f tti t ti di t èDi 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 grotanti come avviene nelle industrie e la potenza installata è spesso modesta limitata a pochi kWinstallata è spesso modesta, limitata a pochi kW.

Fornitura BT monofase

Le forniture agli utenti monofase sono distribuiteLe forniture agli utenti monofase sono distribuite tra le tre fasi, dal Distributore (solitamente ENEL) in modo da equilibrare statisticamente gliENEL) 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 ptendere a zero la corrente di neutro verso il trasformatore presente in cabina.trasformatore presente in cabina.

Le forniture monofase vengonoLe forniture monofase vengono generalmente concesse per potenza impegnata fino a 6 kWpotenza impegnata fino a 6 kW, occasionalmente possono

i i 10 kW ( di iraggiungere i 10 kW (a discrezione del gestore); Al di sopra dei 10 kW di potenza impegnata sono concesse esclusivamente forniture trifase.

Protezione degli impianti Interruttore Automatico MagnetotermicoInterruttore Automatico Magnetotermico

L'interruttore magnetotermico dettoL interruttore magnetotermico, detto anche interruttore automatico, è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flussosicurezza 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 p ginterrompe il circuito in caso di contatto diretto tra fase e neutro, mentre la parte termicatra fase e neutro, mentre la parte termica interrompe il circuito in caso di superamento del valore nominale di corrente prefissatovalore nominale di corrente prefissato

Esempi di interruttori Automatici bipolari per impianti monofasebipolari per impianti monofase

Come è fatto l’interruttore automatico

Interruttore magnetotermico :g1 Leva di comando2 Meccanismo di scatto3 C t tti di i t i3 Contatti di interruzione4 Morsetti di collegamento5 Lamina bimetallica (rilevamento (sovraccarichi)6 Vite per la regolazione della

ibilità (i f bb i )sensibilità (in fabbrica)7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti))8 Sistema di estinzione d'arco

Interruttore Differenziale (Salvavita)

L'interruttore differenziale comunementeL interruttore differenziale, comunemente detto salvavita, è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso elettrico digrado di interrompere il flusso elettrico di energia in un circuito elettrico di un impianto elettrico in caso di guasto verso terra (dispersione elettrica) o folgorazione fase-terra ( p ) gfornendo dunque protezione anche verso macroshock elettrico sia diretto che indirettomacroshock elettrico sia diretto che indiretto sulle persone

Controlla costantemente la somma vettorialeControlla 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 dellada un valore prestabilito in funzione della sensibilità del dispositivo (0,03 Amper per le abitazioni)abitazioni)

Schema di principio del differenzialep pIn rosso è indicata una dispersione

Tipico interruttore Automatico Magnetotermico DifferenzialeMagnetotermico Differenziale

La leva nera a sinistraLa leva nera a sinistra serve per ripristinare la parte magnetotermicaparte magnetotermica

La leva Celeste a destra serve per ripristinare laserve per ripristinare la parte differenziale

Il pulsante bianco con laIl pulsante bianco con la T serve per effettuare la prova di test almenoprova di test almeno mensilmente

In Italia, negli impianti civili deve esserecivili, deve essere installato sempre almeno un interruttorealmeno un interruttore differenziale per far f t bl i difronte a problemi di dispersione elettrica e quindi a rischi di folgorazione.folgorazione.

Interruttore differenziale

Impianti elettrici negli edifici Normativa di riferimentoNormativa di riferimento

DM 37/08DM 37/08

Legge 186 del 01 Marzo 1968gg

D. Lgs. n. 81/08

Norme CEI

Norme CEI ENNorme CEI EN

Colore dei conduttoriColore dei conduttoriNorma CEI 16-4 / EN 60446 La normativa CEI 16-4 / EN 60446 (Individuazione dei

d tt i t it l i di iconduttori tramite colori o codici numerici) stabilisce per i fili elettrici degli impianti un precisoelettrici degli impianti un preciso codice colore, ecco una disposizione dei colori di cavi l tt i i i t lt telettrici in corrente alternata:

Negli impianti monofase (220 V) si usa per il neutro il colore blusi 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 masseaccorgimenti idonei ad assicurare alle masse elettriche lo stesso potenziale della terra, evitando che le stesse possano venire a trovarsievitando 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 p g p230 V.

Impianto imposto dalla norma vigente (D Lgs nImpianto imposto dalla norma vigente (D. Lgs. n. 81/08, Decreto ministeriale n. 37 del 22 gennaio 2008 CEI 64 8/4)2008, norma CEI 64-8/4)

Impianto di terra e collegamentiImpianto di terra e collegamenti equipotenzialiequipotenzialiSi possono creare situazioni di pericolo quando parti dell'impianto elettrico che normalmente non sono in tensione, come le carcasseelettrico 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 piùessenzialmente 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 p q gelettrodomestici 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 dalle tubazionitutti gli altri impianti e le parti metalliche dell 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 ElettriciInterruttoreInterruttore

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 diversida due punti diversi.

Invertitore

Dispositivo in grado di “deviare” e “invertire” la corrente elettrica suDispositivo 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 mezzovanno inseriti nel mezzo.

Simboli elettriciSimboli elettrici

Esempio di impianto su abitazione

P i i i i bi ti i liPrescrizioni sicurezza ambienti specialiBagnig

Zona 0

Corrisponde al volume interno alla vasca da bagno o al piatto docciaCorrisponde al volume interno alla vasca da bagno o al piatto doccia.

Zona 1

E’ il volume delimitato dalla superficie che si estende in verticale dallaE 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 bassonel 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 diSe 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

d l i tt d ivasca o del piatto doccia.

Prescrizioni sicurezza ambienti specialiBagniBagni

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 l d li it t d ll fi i ti l h i il iE’ il volume delimitato dalla superficie 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 paretiun 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, d l d li i hi d i l if i d ll tdel gas, degli scarichi, dei caloriferi, ecc. devono essere collegate a terra.

Prescrizioni sicurezza ambienti specialiBagniBagni

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,) ie prese a spina.

Son ammessi scaldacqua e vasche idromassaggi purché “stagni” (grado di protezione IPX4 o superiore)(grado di protezione IPX4 o superiore).

Nella zona 2 sono ammesse alcune tipologie di prese a spina e apparecchi illuminanti con idonei sistemi di protezionepp p

Z 3Zona 3Sono ammessi i normali dispositivi di comando (interruttori, pulsanti, ecc,), le usuali prese a spina e tutte le tipologie di apparecchi elettrici.ecc,), le usuali prese a spina e tutte le tipologie di apparecchi elettrici. Il grado di protezione richiesto è IPX1 o superiore.