Progetto di un impianto elettrico per tlc - I NOSTRI...

Prof. Duilio Tazzi Materia: Tecnologia degli Impianti Industriali

PROGETTO DI UN IMPIANTO ELETTRICO PER TLC Esercitazione Pratica

3

Le apparecchiature elettriche ed elettroniche sono collegate alla rete

elettrica e molto spesso trasportano segnali e dati attraverso linee di

comunicazione sensibili ai disturbi dovuti all’alimentazione di rete, tutte

queste reti possono essere percorsi da sovratensioni. Le protezioni contro la

fulminazione e di conseguenza contro le sovratensioni, tendono a dare una

maggiore continuità di servizio salvaguardando dai guasti le apparecchiature

elettriche. E’ d’obbligo anticipare che è inutile realizzare impianti con

dispositivi avanzati, se non risulta ben eseguito l’impianto di terra,

nell’esposizione, spenderemo due parole in più sull’impianto di terra,

descrivendo la mia personale esperienza.

L’IMPIANTO DI TERRA.

E’ cosa buona, quando possibile, ma non indispensabile, realizzare l’impianto

di terra lungo il perimetro della sito di telecomunicazione, normalmente

denominato “casotto”, realizzando uno o due nodi equipotenziali e

chiudendo il quadrato del circuito realizzando almeno due pozzetti. Ogni

struttura in metallo deve avere il suo collegamento a terra, come disegnato

in figura. L’impianto di terra per sua fisionomia è formato dai seguenti

componenti, definiti dalla norma CEI 64/8 e destinati a realizzare il circuito

di messa a terra, le cui parti fondamentali dell’impianto sono:

• PE: conduttore di protezione;

• M: massa;

• ME: massa estranea;

• EQP: collegamento equipotenziale principale;

• EQS: collegamento equipotenziale supplementare;

• COL/MT: collettore e/o Nodo equipotenziale

• CT: conduttore di terra;

• DA: dispersore.

Dispersori

I dispersori sono gli elementi posti a contatto con il terreno con lo scopo di

realizzare il collegamento elettrico con la terra, essi vengono infissi nel

terreno allo scopo di disperdere la corrente di un guasto a terra, i dispersori

più frequentemente impiegati sono:

• Il dispersore orizzontale, generalmente interrato fino ad una

profondità di circa 1 m, costituito di nastri, di tondini o di conduttori

4

cordati disposti in modo radiale, ad anello, a maglia o da una loro

combinazione.

• Il picchetto di terra, comunemente interrato od infisso per una

profondità superiore ad 1 m, costituito da un tubo, da una barra cilindrica

o da altri profilati metallici, ed è quello di uso più comune.

Le norme CEI indicano delle sezioni minime per i vari tipi di dispersori, che

alleghiamo in tabella.

Dispersore utilizzato nell'esempio

Conduttori di terra

Sono i conduttori che collegano i dispersori fra loro ed al collettore principale

di terra; le norme CEI richiedono che siano utilizzati conduttori di terra in

materiale metallico di sezione minima pari a:

• 16 mm2 se protetti contro la corrosione;

• 25 mm2 se realizzati in rame e non protetti contro la corrosione;

• 50 mm2 se realizzati in ferro e non protetti contro la corrosione.

Protetti meccanicamente Non Protetti

meccanicamente

Sezione conduttore

di fase

Sezione minima

conduttore di terra

Sezione minima

conduttore di terra

Protetto contro

la corrosione

Sf<16

Sf>16>35

Sf>35

Sr = S

Sr = 16

Sr = S/2

16 mm2

In rame

16mm2

In ferro zincato

Non Protetto

contro la

corrosione

25 mm2 se in rame

50mm2 se in ferro zincato

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Collettore di terra

Si tratta di una sbarra, una piastra,

raramente è un morsetto, a cui sono

collegati i conduttori di terra, di

protezione, equipotenziali e, nel caso dei

sistemi TN, il neutro o il PEN. La figura

mostra un esempio di collettore di terra. Si

noti che il collegamento tra l’anello

perimetrale, e il nodo equipotenziale è

effettuato mediante un cavo di terra,

proporzionale tra le due sezioni.

Conduttori di protezione

Sono i conduttori che collegano le masse al collettore principale di terra e

devono soddisfare, come tutti gli altri componenti dell’impianti elettrici

dell’impianto, i vari requisiti della norma CEI 64/8. La loro sezione deve

essere tale da resistere agli sforzi meccanici, alla corrosione, alle

sollecitazioni termiche prodotte dalle correnti di guasto a terra. La sezione

del conduttore di protezione Sp (in mm2) deve essere scelta con il criterio di

cui alla tabella, si consiglia comunque di mantenere la sezione del cavo di

terra uguale a quello di fase. Sf rappresenta la sezione del conduttore di fase

(in mm2).

Installazione della dorsale di terra lungo il perimetro.

Nodo Equipotenziale o Collettore di terra.

7

Conduttori equipotenziali

I conduttori equipotenziali sono destinati ad assicurare, mediante

collegamento elettrico, l’equipotenzialità tra le masse e/o le masse estranee.

Sono detti principali (EQP) quelli che collegano le masse estranee al

collettore di terra e supplementari (EQS) gli altri.

Il valore della resistenza di terra Rt, può essere considerato indipendente

dalla corrente iniettata e possiamo calcolarlo, anche se in forma

approssimata, in base alle caratteristiche del picchetto e alla natura del

terreno, con l’espressione:

𝑅𝑡 =𝜌

𝐿

Le Norme raccomandano, per gli impianti di I, II e III categoria, le dimensioni

minime che sono riportate nelle tabelle CEI 11-8 e 64-8, ma per gli impianti

di II e di III non sempre le misure delle norme CEI sono sufficienti in questo

caso si verifica la resistenza di ogni elemento utilizzato come dispersore

applicando la classica formula:

𝑆𝑡 =√𝐼2𝑡

𝐾𝑡

dove:

I e la quota parte (in ampere) della corrente di terra che percorre l’elemento

del dispersore;

t è il tempo di eliminazione del guasto in secondi;

Kt è un coefficiente che vale 229 (A/mm2s2) se il materiale è il rame oppure

78 (A/mm2s2) se il materiale è l’acciaio con sovrariscaldamento di tipo

adiabatico con temperatura iniziale di 30 °C e finale non superiore a 400°C.

Si ricorda che la resistenza minima di terra deve essere pari a :

𝑅𝑡 =𝑈

𝐼=

Nel nostro caso abbiamo U=220 V mentre I rappresenta la massima corrente

differenziale (nel nostro caso) che è pari a =0.03A:

𝑅𝑡 =220

0.3= 733,33 Ω

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IL NOSTRO IMPIANTO.

Seguendo lo schema di figura 4 diamo un occhiata alle apparecchiature

presenti nell’impianto, le cui specifiche sono:

Tensione d’esercizio = 220 Volt = U

Potenza installata = 3 KW = P

Tipologia di fornitura = Monofase sistema TT

Cos φ =0.8

Lunghezza della linea montante 30 metri

DIMENSIONAMENTO DELL’IMPIANTO.

Per dimensionare l’impianto che vedasi in figura ci atterremo alle norme CEI,

in modo da poter certificare sia l’impianto che il quadro, seguendo la

successiva procedura ed effettuando alcuni semplici calcoli.

La norma CEI stabilisce per le linee di adduzione ed i loro componenti,

interruttori e cavi, devono essere dimensionati per il sovraccarico e per il

cortocircuito rispettando e verificando le seguenti espressioni:

Ib<In<Iz

If<1.45 ∙Iz

I2t<k2s2

Andiamo a descrivere i vari membri definite nella norma CEI 64.8.

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Ib= corrente massima del circuito

In= corrente nominale del dispositivo di protezione (magnetotermico).

Iz= Portata massima del cavo.

If= corrente di sicuro intervento.

I2t= integrale di Joule o energia specifica passante.

k= costante del materiale utilizzato Rame 134

s = sezione del cavo utilizzato.

Dopo aver effettuato la somma delle apparecchiature installate, Ptot, la

maggioriamo del 30%, ora dunque per prima cosa calcoliamo la corrente

massima Ib ovvero la massima corrente erogabile dal “contatore”, il suo

calcolo avviene mediante la seguente espressione:

𝐼𝑏 =𝑃

𝑈 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑=

Nel nostro caso abbiamo:

𝐼𝑏 =3000

220 ∙ 0.8=

3000

176= 17,4𝐴

Calcolata la Ib tentiamo un calcolo preliminare della sezione s (nel prosieguo

la sezione è indicata con s e non con S maiuscola per non confondere con il

termine della potenza apparente) del cavo “montante” utilizzando la seguente

espressione, che prevede alla massima corrente di lavoro una caduta di

tensione di circa l’1% (circa 2 Volt) di U:

𝑠 = 𝜌 ∙ 𝑙 ∙ 𝐼𝑏 =

10

Dove:

ρ= resistività del rame 0.018

l= 30m

Ib=18A

Abbiamo: 𝒔 = 0.018 ∙ 30 ∙ 18 = 9,72 𝑚𝑚2 Possiamo anche procedere nel seguente modo, si calcola Izmin con:

𝐼𝑧𝑚𝑖𝑛 =𝐼𝑏

𝐾=

Nel nostro caso abbiamo:

𝐼𝑧𝑚𝑖𝑛 =18

0.6= 30𝐴

11

La scelta cade sul cavo standard da 10 mm2 che dalle tabelle ha una portata

di 50A massimi.

Le Tabelle I e II presenti nella Norma CEI 64-8, Parte 5, specificano le portate

dei cavi con conduttori di rame per i tipi più comuni di posa, inoltre vengono

indicate altre metodologie di posa assimilabili, per le quali le portate indicate

possono ritenersi ancora applicabili. I valori di portata non considerano però

l’eventuale azione del sole (per esempio per i cavi sospesi a fune portante o

per installazioni esterne non protette da opportuni schermi). La portata

Iz(A) di un cavo, in una determinata condizione di installazione, si ricava con

la seguente formula:

Iz=Izo∙k1∙k2

Izo - portata in aria a 30 °C relativa al metodo di installazione previsto, dalle

tabelle CEI 64.8.

k1 - fattore di correzione per temperature ambiente diverse da 30 °C

(Tabella III);

k2 - fattore di correzione per più circuiti installati in fascio o strato (Tabella

IV,V o VI)-

Inoltre definiamo per completezza le definizioni di strato e di fascio.

Strato: Insieme di più circuiti realizzati con cavi installati affiancati,

distanziati o no, disposti in orizzontale o in verticale. I cavi su strato sono

installati su muro, passerella, soffitto, pavimento o su scala porta-cavi.

Fascio: Insieme di più circuiti realizzati con cavi non distanziati e non

installati in strato.

Inserendo questi coefficienti che tengono conto come abbiamo appena

accennato, delle posa dei cavi, dei circuiti caricati, dell’aumento di

temperatura, (ricordiamo che Iz=Izo∙K1∙K2) e la cosa si farebbe piuttosto

complessa, per questo dal dato tabellare inseriamo un coefficiente Kx

(generale) variabile da 0.5 a 0.7 secondo la gravità del servizio, poniamo nel

nostro caso Kx=0.6, per cui la portata massima è pari a:

𝐼𝑧 = 𝐼𝑧𝑜 ∙ 𝐾𝑥 = 𝐼𝑧𝑜 ∙ 0,6 = 50 ∙ 0,7 = 35𝐴

Si ricorda per completezza che l’eventuale diametro del tubo, meglio, del

corrugato, utilizzato come protezione, deve avere un diametro maggiore del

30%, rispetto al fascio di cavi utilizzato.

A questo punto dobbiamo scegliere la corrente nominale dell’interruttore

magnetotermico secondo le portate (in Ampere) normalizzate, presenti in

12

commercio, funzione a loro volta del tipo di curva caratteristica magneto-

termica.

Le modalità di intervento magnetico sono tre, come vedasi in tabella e sono

caratterizzate in base ai multipli della corrente di intervento (riferiti alla

corrente nominale In) in caso di sovraccarico:

Tipo di Curva Valori della Corrente di intervento

B 3In --- 5In C 5In --- 10In D 10In --- 20In

Mentre le correnti in Ampere nominali normalizzate sono:

La scelta cade

obbligatoriamente su un interruttore con In = 20A, curva C.

A questo punto la prima fase è rispettata, infatti:

Ib<In<Iz ovvero 18<20<35

Possiamo fare un passo in più, ovvero calcolare la corrente di sicuro

intervento pari a:

𝐼𝑓 < 1.45 ∙ 𝐼𝑧 = 1.45 ∙ 35 = 50,75𝐴

6 10 16 20 25 32 40 50 63

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Ora passiamo alla verifica del cortocircuito utilizzando la terza espressione:

I2t<k2s2

Il calcolo della protezione di sovraccarico è più impegnativa di quella in

cortocircuito, pertanto se è verificata la prima è verificata anche la seconda.

Per calcolare la corrente di cortocircuito non basterebbero venti pagine, il

calcolo infatti è alquanto complesso e non rientra nel seguente trafiletto,

pertanto introdurremo delle piccole semplificazioni.

Posto Ib la corrente massima di corto circuito e utilizzando un interruttore

con curva C, la massima corrente in caso di cortocircuito vale 10∙In (vedasi

tabella) ovvero 10∙20A=200A.

Natura dell'isolante Conduttore in

rame Conduttore in

alluminio

PVC (polivinilcloruro):

115 74

Gomma naturale:

135 87

Gommabutilica:

135 87

Gomma etilenpropilenica:

143 87

Polietilene reticolato:

143 87

Tabella per la determinazione di K

Essendo:

t; il tempo di intervento massimo che stabiliamo a 1 secondo ma l’intervento

avviene in un tempo molto minore ma a noi permette di aumentare il livello

di sicurezza e semplificare i calcoli.

k; la costante del materiale conduttore (rame 134).

s; la sezione del cavo 10 mm2.

2002∙1<1342∙102 = 40.000<1.795.600

Che possiamo confermare più che verificata.

Ora dobbiamo caratterizzare le protezioni e verificare il più possibile la

selettività verticale dell’impianto e delle protezioni utilizzate, utilizzando la

seguente tabella:

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Dispositivo Posizione In

(A) Idn (A)

Icc (kA)

Classe Poli

protetti Curva

U (V)

Interruttore magnetotermico differenziale

1 20 0.5 6 B 2 C 220

Interruttore magnetotermico

2 25 6 2 C 220


3 6 0.03 4.5 B 2 C 220


4 6 0.3 4.5 B 2 C 220


5 6 0.3 4.5 B 2 C 220

In generale per la verifica della selettività verticale, possiamo utilizzare la

seguente disuguaglianza:

Id1∙0.5<(Id2+Id3+……) Se analizziamo attentamente lo schema, possiamo notare che tutti i

differenziali sono con caratteristica B, che possono essere installati in

qualsiasi tipologia di impianto con presenza di correnti alternate, pulsanti,

continue, ed impulsive, e con diverse sensibilità come è possibile vedere in

tabella. Nel sottoquadro del contatore abbiamo un interruttore

magnetotermico differenziale da 20A, Icc pari a 6 KA, Idn pari a 0.5A, che

assicura la selettività verticale rispetto agli interruttori più bassi

Protezione dalle sovratensioni. Gli SPD.

In serie ad esso ma in parallelo alla linea, abbiamo la presenza di uno

scaricatore SPD combinato del tipo 1+2 Classe I&II. Qui si è voluto aumentare

la protezione ponendo un SPD in grado di rispondere a due possibilità sia la

fulminazione diretta (abbastanza remota) che la fulminazione per

propagazione su rete elettrica (con probabilità elevata).

Nel quadro posto all’interno, possiamo constatare la presenza di un

interruttore magnetotermico con funzioni di sezionatore del circuito, alla sua

uscita ed in parallelo ai carichi, è installato uno scaricatore tipo 1 Classe I, in

serie al primo magnetotermico sono installati tre interruttori

magnetotermici differenziali con In da 6A, all’uscita abbiamo tre scaricatori

tipo 2 Classe II. Si consiglia comunque di utilizzare nell’armadio contenente

15

le apparecchiature elettroniche, l’installazione ove possibile di scaricatori

Classe III.

Una sovratensione (overvoltage) è una differenza di potenziale transitoria

che si stabilisce fra un conduttore di fase e quello di terra o fra i conduttori

di fase e che presenta un valore di tensione superiore a quello di tenuta delle

apparecchiature. La Norma CEI EN 50160:2011-05 definisce la

sovratensione dovuta a fulminazione come sovratensione transitoria ovvero

una sovratensione oscillatoria o non oscillatoria di breve durata di solito

molto smorzata e con durata di pochi millisecondi o inferiore.

Gli SPD, o limitatori di sovratensione, costituiscono la principale misura di

protezione contro le sovratensioni. La loro installazione può essere

necessaria per ridurre i rischi di perdita di vite umane, di servizi pubblici,

dovuti alla fulminazione della struttura che ospita l’impianto elettrico.

Le condizioni per eseguire la corretta valutazione del rischio e le istruzioni

per la realizzazione degli impianti di protezione contro i fulmini sono

descritte dalla serie di Norme CEI EN 62305:2013-02.

A seconda del tipo di protezione che devono offrire, gli SPD vengono

raggruppati per Classi; la classe di appartenenza identifica la prova a cui

l’SPD è stato sottoposto in termini di corrente di scarica.

Classe (di prova) I: a questa classe appartengono gli SPD che vengono

provati dal costruttore con un generatore di forma d’onda 10/350 μs.

Questa forma d’onda è quella che viene usata per simulare il primo

colpo di fulmine e definisce le prestazioni dell’SPD in termini di

corrente impulsiva: Iimp. Gli SPD di Classe I, inoltre, vengono provati in

termini di corrente nominale In con una forma d’onda 8/20 μs tipica

delle sovratensioni indotte. Gli SPD di Classe I sono obbligatori in

edifici dotati di parafulmine. Vengono installati nel quadro principale

nel punto di allacciamento con la rete elettrica.

Classe II: gli SPD appartenenti a questa classe vengono provati con un

generatore di forma d’onda 8/20 μs (tipica delle sovratensioni indotte)

per definire le prestazioni in termini di corrente nominale e corrente

massima, rispettivamente In e Imax. Vengono installati nei quadri di

distribuzione.

Classe III: appartengono a questa classe i dispositivi che svolgono un

ruolo di rifinitura, il grosso dell’energia è stato rimosso dagli SPD

installati a monte. Gli SPD di Tipo 3 sono i più veloci, ed eliminano le

sovratensioni residue.

16

I collegamenti tra SPD e terra devono essere i più corti possibile, non

superare di norma i 50 cm, con la sezione indicate dalla norma CEI, riportata

in tabella.

La certificazione del quadro.

I quadri di distribuzione per uso domestico e similari sono trattati dalla

nuova norma CEI EN 61439 ma nel nostro caso essendo la corrente del

quadro inferiore a 32A ricade ancora nella vecchia norma CEI 23-51 ed è

necessario che rispondano ai seguenti requisiti:

a) involucro conforme alla Norma CEI 23-49, dichiarato tale dal costruttore

mediante dichiarazione diretta o mediante cataloghi; su tale involucro deve

essere indicata la potenza massima dissipabile, detta Pinv;

b) corrente nominale in entrata non superiore a 125 A; se il quadro fosse

privo di dispositivi in entrata, la limitazione di 125 A si applicherebbe alla

corrente nominale in uscita.

c) installazione possibile solo in punti in cui la corrente presunta di corto

circuito nominale (Icc) non superi i 10 kA almeno che tali quadri non siano

dotati di dispositivi limitatori di corrente aventi corrente limitata non

superiore a 15 kA in corrispondenza del loro potere di interruzione

nominale. Inoltre essi vengno suddivisi in due grandi categorie. A e B, nel

nostro caso ricade nella categoria la A che ci dice:

17

A - Quadri con corrente nominale monofase fino a 32 A. L 'unica prescrizione

per questi quadri è la presenza di una targa, posta anche dietro la portella,

che riporti in maniera indelebile i seguenti dati:

nome o marchio del costruttore;

tipo o altro mezzo di identificazione del quadro;

corrente nominale del quadro;

natura della corrente e frequenza;

tensione nominale di funzionamento

grado di protezione.

GEWISS SPA - MATERIALE ELETTRICO

24069 Cenate Sotto - Bergamo - Italia1

ONDATV - MONTESELVA

Pagina:

Data: 19/08/2016

N° Disegno:

Coordinatore:

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Documento:

Dati di progettoONDATV - MONTESELVA

Data:

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Disegnatore:

Coordinatore:

N° di disegno:

Tensione di esercizio [V]: 400 (400) / 230 (230)

C.d.t. massima totale ammessa nell'impianto: 4,0 %

Sistema di Distribuzione: TT

Potenza totale impianto: 3,000 kW

Corrente nominale impianto: 20,00 A

Fasi dell'impianto: L1 N

Corrente totale impianto: 14,49 A

Icc massima ai morsetti d'entrata: 0,000 kA

Alimentazione - Sezione di Fase: 10,0 mm²

Alimentazione - Sezione di Neutro: 10,0 mm²

Alimentazione - Sezione di PE: 10,0 mm²

Alimentazione - Corrente fase L1: 0,00 A



Alimentazione - Corrente neutro N: 0,00 A

6,50 kACorrente di c.to c.to presunta trifase nel punto di consegna:

Corrente di c.to c.to presunta fase-neutro nel punto di consegna: 2,60 kA

Contributo motori alla corrente di c.to c.to: No


24069 Cenate Sotto - Bergamo - Italia

19/08/2016

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Documento:

Dati quadroONDATV - MONTESELVA

Data:

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1Quadro n°:

Metodo di calcolo del Potere di Interruzione: Icn / Icu

Potere di Interruzione degli apparecchi modulari secondo la norma: CEI EN 60898

Metodo di selezione della taratura: In > Ib

Protezione di Back-Up: No

Collegamento in morsettiera: Si

Cablaggio interno al Quadro: Si

Livello massimo per il quadro: 5

Sezione minima abilitata: 1,5 mm²

Taratura minima abilitata: 1,00 A

Descrizione:

Potenza quadro: 3,000 kW

Note:

Corrente nominale quadro: 20,00 A

Fasi in ingresso: L1 N

Icc massima ai morsetti d'entrata: 0,000 kA

10,0 mm²Alimentazione - Sezione di Fase:

10,0 mm²Alimentazione - Sezione di Neutro:10,0 mm²Alimentazione - Sezione di PE:

0,00 AAlimentazione - Corrente fase L1:



0,00 AAlimentazione - Corrente neutro N:

Corrente totale quadro: 14,49 A

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Progetto di un impianto elettrico per tlc - I NOSTRI...

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