secondo le norme tecniche CEI e UNI Edizione degli ... · degli impianti elettrici di A. Gorga •...

Marco Montanari

La progettazione degli impianti elettrici in bassa tensioneGuida alla progettazione e all’installazione secondo le norme tecniche CEI e UNI - I I Edizione

I M P I A N T IQ u a d e r n i p e r l a p r o g e t t a z i o n e

La progettazione degli IMPIA

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I M P I A N T IQ u a d e r n i p e r l a p r o g e t t a z i o n e

Un manuale completo e operativo per la progettazione degli impianti elettrici in bassa tensione. Un libro studiato ad hoc per i progettisti e gli installatori che devono realizzare questo tipo di impianti. Il volume, oltre ad offrire una panoramica di carattere generale, illustra gli argo-menti-chiave per gli impianti in bassa tensione: dalla classificazione dei sistemi elettrici di distribuzione alla sicurezza, dai metodi di protezione contro l’elettro-cuzione al dimensionamento degli impianti elettrici utilizzatori. Vengono inoltre trattati gli impianti elettrici negli ambienti a maggior rischio in caso di incendio, negli ambienti residenziali e le problematiche relative alle recenti normative sull’efficienza energetica.In particolare la guida, servendosi di numerosi esempi pratici, affronta le pro-blematiche relative alla determinazione dei carichi convenzionali, al dimensio-namento, alla posa e alla protezione delle condutture elettriche, alla protezione contro i contatti diretti ed indiretti, agli impianti di terra, al rifasamento, al dimensionamento degli impianti di illuminazione. Per ognuno di questi argomenti sono dati indicazioni dal taglio squisitamente operativo, prendendo sempre a riferimento le norme tecniche CEI ed UNI appli-cabili per l’esecuzione degli impianti elettrici a regola d’arte. Un libro, insomma, che non può mancare sulla scrivania di progettisti e installatori.

Marco MontanariIngegnere libero professionista. È stato docente di Elettrotecnica presso diversi Istituti tecnici e profes-sionali della provincia di Ancona. Ha progettato nu-merosi impianti elettrici nel settore civile, terziario e industriale.

Testi della stessa collana

• Manuale operativo per l’esecuzionedegli impianti elettrici di A. Gorga

• L’Esperto in Gestione dell’Energia di A. Calabria,D. Di Palma, M. Di Veroli, M. Lucentini

• Il registro unico d’impianto elettricodi A. Gorga

La progettazione degli impianti elettriciin bassa tensioneGuida alla progettazione e all’installazione secondo le norme tecniche CEI e UNI

II Edizione

€ 21,00

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della stessa collana

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https://www.epc.it/Autori/Libri-Software-Banche-dati/Montanari-Marco/232?utm_source=risorsaPdf&utm_medium=pdf&utm_campaign=PdfSfoglia

https://www.epc.it/Prodotto/Editoria/Libri/La-progettazione-degli-impianti-elettrici-in-bassa-tensione/1724?utm_source=risorsaPdf&utm_medium=pdf&utm_campaign=PdfSfoglia

Q U A D E R N I P E R L A P R O G E T T A Z I O N E

LA PROGETTAZIONEDEGLI IMPIANTI ELETTRICI IN BASSA TENSIONE

Guida alla progettazione e all’installazione secondo le norme tecniche CEI e UNI

II edizione

diMARCO MONTANARI

000 prime pagine.fm Page 1 Monday, December 12, 2016 3:54 PM

Pagine tratte da www.epc.it - Tutti i diritti riservati

LA PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI IN BASSA TENSIONE - II Edizione

ISBN: 978-88-6310-749-4

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INDICE GENERALE

Premessa ........................................................................................... 13

CAPITOLO 1

SISTEMA ELETTRICO, CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI IN BASE ALLA TENSIONE NOMINALEE DEL COLLEGAMENTO A TERRA.................................................. 15

1.1 Tensione nominale di un sistema .................................................. 15

1.2 Sistemi di conduttori attivi ............................................................ 16

1.3 Modi di collegamento a terra ....................................................... 18

CAPITOLO 2

DETERMINAZIONE DEI CARICHI CONVENZIONALI ..................... 23

2.1 Potenza elettrica ......................................................................... 23

2.2 Potenza installata ........................................................................ 26

2.3 Potenza convenzionale ................................................................ 27

2.4 Corrente di impiego .................................................................... 31

2.5 Esempi ....................................................................................... 32

2.6 Corrente di impiego in regime variabile ....................................... 40

CAPITOLO 3

CONDUTTURE ELETTRICHE............................................................ 45

3.1 Condutture elettriche ................................................................... 45

3.2 Tipi di posa ................................................................................ 46

3.2.1 Tipi di posa secondo norma CEI 64-8 ................................... 46

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6 LA PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI IN BASSA TENSIONE

3.2.2 Colore dei tubi sottotraccia ...................................................56

3.3 Portata .......................................................................................56

3.4 Portata dei cavi interrati ..............................................................62

3.5 Caduta di tensione ......................................................................67

3.6 Calibro dei cavi secondo AWG ...................................................72

3.7 Designazione dei tipi di cavi ........................................................76

3.8 Colore dei cavi ..........................................................................81

3.9 Comportamento al fuoco dei cavi ................................................82

3.10 Formazione dei cavi ...................................................................84

3.11 Sezione del neutro .....................................................................85

CAPITOLO 4

PROTEZIONE DELLE CONDUTTURE............................................... 87

4.1 Protezione dalle sovracorrenti ......................................................87

4.2 Protezione da sovraccarico ..........................................................88

4.2.1 Protezione da sovraccarico mediante interruttori automatici ...........................................................88

4.2.2 Protezione da sovraccarico mediante fusibili ..........................89

4.2.3 Protezione da sovraccarico dei circuiti prese .........................90

4.3 Protezione da corto circuito .........................................................91

4.3.1 Protezione da corto circuito mediante interruttori automatici ......92

4.3.2 Protezione da corto circuito mediante fusibili..........................93

4.4 Determinazione del valore della corrente di corto circuito ...............94

4.4.1 Determinazione delle correnti di guasto a valle di un trasformatore – sistema TN ................................95

4.4.2 Determinazione delle correnti di guasto con trasformatori in parallelo................................................99

4.4.3 Determinazione delle correnti di guasto – sistema TT ............102

4.4.4 Determinazione della corrente di corto circuito a valle di un cavo in funzione della correntedi corto circuito a monte.....................................................104

4.5 Interruttori magnetotermici .........................................................107

4.6 Fusibili .....................................................................................111

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CAPITOLO 5

IMPIANTO DI TERRA ..................................................................... 117

5.1 Definizioni ............................................................................... 117

5.2 Dispersore ................................................................................ 119

5.3 Conduttore di terra ................................................................... 121

5.4 Conduttori di protezione ........................................................... 121

5.5 Conduttori equipotenziali .......................................................... 123

5.6 Colori distintivi dei conduttori di terra, equipotenziali e di protezione ......................................................................... 124

5.7 Calcolo del valore della resistenza di terra di un dispersore ........................................................................ 124

5.8 Esempi di calcolo di conduttori di protezione ............................. 128

CAPITOLO 6

PROTEZIONE CONTRO I CONTATTI DIRETTI E I CONTATTI INDIRETTI .............................................................. 131

6.1 Contatti diretti e contatti indiretti, definizioni ............................... 131

6.2 Effetti fisiopatologici della corrente elettrica sul corpo umano ....................................................................... 132

6.3 Isolamento delle parti in tensione ............................................... 134

6.3.1 Tipi di isolamento .............................................................. 135

6.3.2 Classi di isolamento ........................................................... 136

6.4 Interruttore differenziale ............................................................ 137

6.5 Protezione contro i contatti diretti .............................................. 138

6.5.1 Protezione totale................................................................ 138

6.5.2 Gradi di protezione degli involucri...................................... 139

6.5.3 Protezione parziale............................................................ 142

6.6 Protezione combinata contro i contatti diretti ed indiretti ......................................................... 143

6.6.1 Sistemi SELV e PELV ........................................................... 143

6.6.2 Sistemi FELV ..................................................................... 144

6.7 Protezione contro i contatti indiretti ............................................ 145




6.7.1 Protezione mediante interruzione automatica dell’alimentazione ............................................................146

6.7.1.1 Protezione dai contatti indiretti nei sistemi TT ..................146

6.7.1.2 Protezione dai contatti indiretti nei sistemi TN ................149

6.7.1.3 Protezione dai contatti indiretti sistema IT .......................151

6.7.2 Protezione senza interruzione automatica dell’alimentazione ............................................................153

6.7.2.1 Protezione mediante componenti di classe II o isolamento equivalente ...............................................153

6.7.2.2 Protezione mediante luoghi non conduttori .....................154

6.7.2.3 Protezione mediante collegamento equipotenziale locale non connesso a terra ...........................................155

6.7.2.4 Protezione mediante separazione elettrica .....................155

CAPITOLO 7

IMPIANTI DI ILLUMINAZIONE ...................................................... 157

7.1 Principali grandezze fotometriche ...............................................157

7.1.1 Flusso luminoso Ø..............................................................158

7.1.2 Efficienza luminosa η .........................................................159

7.1.3 Intensità luminosa I.............................................................159

7.1.4 Illuminamento E .................................................................160

7.1.5 Luminanza L ......................................................................161

7.2 Curve fotometriche ....................................................................162

7.3 Le sorgenti luminose ..................................................................165

7.3.1 Tipi di lampade .................................................................167

7.4 Il progetto illuminotecnico .........................................................170

7.5 Illuminazione di emergenza .......................................................174

7.5.1 Illuminazione di sicurezza ..................................................174

7.5.2 Segnaletica di sicurezza .....................................................178

7.5.3 Apparecchi per illuminazione di emergenza ........................180

7.5.4 Linee di alimentazione degli apparecchi illuminanti di emergenza ....................................................180

7.5.5 Verifiche e manutenzione ...................................................181

7.5.6 Modalità di intervento dell’illuminazione di emergenza.........181



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CAPITOLO 8

RIFASAMENTO ............................................................................... 183

8.1 Potenza attiva, reattiva, fattore di potenza .................................. 183

8.2 Compensazione dell’energia reattiva - rifasamento ..................... 186

8.2.1 Modalità di rifasamento ..................................................... 188

8.2.2 Calcolo della potenza reattiva del rifasamento attraverso tabelle ....................................... 190

CAPITOLO 9

AMBIENTI ED APPLICAZIONI PARTICOLARI ............................... 193

9.1 Ambienti a maggior rischio in caso d’incendio ............................ 194

9.2 Criteri per l’esecuzione degli impianti elettrici negli ambienti a maggior rischio in caso d’incendio ................... 201

9.3 Prescrizioni aggiuntive per gli ambienti a maggior rischio in caso d’incendio per l’elevata densità di affollamento o per l’elevato tempo di sfollamento in caso di incendio o per l’elevato danno ad animali e cose ..................................... 208

9.4 Prescrizioni aggiuntive per gli ambienti a maggior rischio in caso d’incendio in quanto aventi strutture portanti combustibili ..................................................... 209

9.5 Prescrizioni aggiuntive e criteri di applicazione per gli impianti elettrici degli ambienti a maggior rischio in caso d’incendio per la presenza di materiale infiammabile o combustibile in lavorazione, convogliamento, manipolazione o deposito di detti materiali ....................................................................... 210

CAPITOLO 10

QUADRI ELETTRICI ........................................................................ 213

10.1 Normativa applicabile .............................................................. 213

10.2 Verifica di progetto ................................................................... 215

10.3 Costruttore Originale, Costruttore del Quadro ............................. 215




CAPITOLO 11

SEZIONAMENTO E COMANDO ..................................................... 219

11.1 Sezionamento ...........................................................................219

11.2 Interruzione per manutenzione non elettrica ................................220

11.3 Comando di emergenza, arresto di emergenza ...........................221

11.4 Comando funzionale .................................................................223

CAPITOLO 12

AMBIENTI RESIDENZIALI ............................................................. 225

12.1 Premessa .................................................................................225

12.2 Dimensionamento dell’impianto .................................................225

12.3 Il montante ..............................................................................226

12.4 Il quadro di unità abitativa (centralino) ......................................226

12.5 Dotazioni dell’impianto ............................................................227

12.6 La dichiarazione di conformità ...................................................228

CAPITOLO 13

L’EFFICIENZA ENERGETICA .......................................................... 229

13.1 Premessa ..................................................................................229

13.2 Principi relativi al progetto dell’impianto .....................................229

13.3 Zone, utilizzi e maglie ...............................................................232

13.4 Sistema di gestione dell’efficienza energetica ..............................233

13.5 Classi di efficienza dell’impianto elettrico ....................................234

CAPITOLO 14

PROGETTO, DICHIARAZIONE DI CONFORMITÀ, DICHIARAZIONE DI RISPONDENZA .............. 237

14.1 Premessa .................................................................................237



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14.2 Il progetto ................................................................................ 237

14.3 La dichiarazione di conformità .................................................. 239

14.4 La dichiarazione di rispondenza ................................................ 239

APPENDICE

LEGGI E DECRETI .......................................................................... 241

Legge 1 marzo 1968, n. 186Disposizioni concernenti la produzione di materiali, apparecchiature, macchinari, installazioni ed impianti elettrici ed elettronici ..................... 243

D.M. 22 gennaio 2008, n. 37Regolamento concernente l’attuazione dell’articolo 11-quaterdecies, comma 13, lettera a) della legge n. 248 del 2 dicembre 2005, recante riordino delle disposizioni in materia di attività di installazione degli impianti all’interno degli edifici ............................ 244

Decreto 19 maggio 2010Modifica degli allegati al decreto 22 gennaio 2008, n. 37, concernente il regolamento in materia di attività di installazione degli impianti all’interno degli edifici (10A08437) ..................................................................... 254

BIBLIOGRAFIA ................................................................................ 263



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PREMESSA

Gli impianti elettrici che vengono affrontati nel testo sono quelli che vengonodefiniti nel linguaggio impiantistico comune “Impianti elettrici in bassa tensio-ne”, cioè quelli che ricadono nei Sistemi di Categoria I, aventi tensioni nominalicomprese tra 50 e 1000 Volt se in corrente alternata o tra 75 e 1500 Volt sein corrente continua.

La progettazione di questi impianti richiede il possesso di un bagaglio diconoscenze molto ampio: gli impianti elettrici devono essere infatti progettatie costruiti in modi diversi a seconda del loro ambiente di installazione: esi-stono ad esempio impianti per ambienti ordinari, impianti per ambienti amaggior rischio in caso di incendio, impianti per luoghi con pericolo diesplosione, impianti per locali ad uso medico, impianti per luoghi di pubblicospettacolo, impianti all’esterno, impianti di protezione dalle scariche atmo-sferiche ecc.

Tutti questi impianti vanno progettati e realizzati nello specifico per garantirnela funzionalità e la sicurezza.

Inoltre nella progettazione occorre spesso tener conto anche della normativadi prevenzione incendi.

Data la vastità dell’argomento, si è scelto di offrire una panoramica di carat-tere generale sulle problematiche più comuni degli impianti elettrici perambienti ordinari fornendo gli elementi base relativi alla loro progettazione,elementi che risultano necessari anche allo studio e all’approfondimento degliimpianti per gli altri tipi di ambienti.

Vengono pertanto presi in considerazione i principali aspetti della progettazio-ne relativi alla determinazione dei carichi convenzionali, al dimensionamentodelle condutture elettriche, allo loro protezione da sovraccarico e cortocircuito,all’impianto di terra, alla protezione delle persone, al dimensionamento degliimpianti di illuminazione, al rifasamento, ai quadri elettrici.

Vengono anche analizzati i sistemi a bassissima tensione di sicurezza, con ten-sioni fino a 50 Volt in corrente alternata o 120 Volt in corrente continua, perla loro stretta relazione con la protezione contro i contatti diretti ed indiretti.

Sono quindi stati trattati i cosiddetti luoghi “MARCI” cioè gli ambienti a Mag-gior Rischio in Caso di Incendio per l’importanza che essi rivestono in quanto




ricorrono spesso nella tipologia di ambienti in cui si deve progettare unimpianto elettrico.

I diversi capitoli vengono affrontati prendendo a riferimento le norme tecnicheCEI ed UNI, in particolare la norma CEI 64-8 “Impianti elettrici utilizzatori atensione nominale non superiore a 1000 Volt in corrente alternata e a 1500Volt in corrente continua”, norma che per gli addetti ai lavori rappresenta la“Bibbia” dell’impiantistica elettrica, per la vastità e l’importanza degli argo-menti trattati.

Si pensi che la norma CEI 64-8 si applica agli impianti elettrici utilizzatori,quali quelli relativi a:

a) edifici a destinazione residenziale;

b) edifici e strutture destinati ad uso commerciale;

c) edifici e strutture destinati a ricevere il pubblico;

d) edifici e strutture destinati ad uso industriale;

e) edifici e strutture destinati ad uso agricolo e zootecnico;

f) caravan (roulotte), campeggi e luoghi simili;

g) cantieri, mostre, fiere e altre strutture temporanee;

h) darsene;

i) illuminazione esterna (in parallelo);

l) sistemi fotovoltaici e altri sistemi di generazione in bassa tensione;

m) locali ad uso medico;

n) unità mobili o trasportabili;

o) gruppi generatori di bassa tensione.

Si tenga comunque presente che un impianto può essere progettato e/o ese-guito con metodi innovativi o diversi da quelli previsti dalla norma CEI 64-8,purché conseguano lo stesso livello di sicurezza ed un equivalente funziona-mento adatto all’uso previsto.



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CAPITOLO 4

PROTEZIONE DELLE CONDUTTURE

4.1 Protezione dalle sovracorrenti

Le condutture elettriche vengono dimensionate in base alla corrente di impiegoche deve attraversarle, corrente che deve essere sempre minore o al massimouguale al valore della portata dei conduttori.

Tuttavia, nel loro funzionamento, le condutture possono essere interessate dacorrenti superiori alla portata dei conduttori, si hanno cioè delle sovracorrentiche possono essere dovute sia a sovraccarichi che a corto circuiti.

Si definisce corrente di sovraccarico una sovracorrente che si verifica in un cir-cuito elettricamente sano.

Si definisce corrente di corto circuito una sovracorrente che si verifica a seguitodi un guasto di impedenza trascurabile tra due punti tra i quali esiste tensionein condizioni ordinarie di esercizio.

Ad esempio si è in presenza di un sovraccarico se in un circuito sano vengono inse-riti troppi carichi rispetto a quelli per cui è stato dimensionato, oppure quando nelcircuito passano correnti di spunto dovute all’avviamento dei motori.

Si è in presenza di un corto circuito invece in caso di guasto quando ad esem-pio il conduttore di fase e di neutro vengono in contatto tra di loro a seguitodel cedimento dell’isolamento dei cavi.

Altri esempi di corto circuiti sono i guasti fase-fase in un sistema trifase, guastitrifase, guasti fase-terra.

Nel sovraccarico i conduttori vengono percorsi da correnti superiori alla loroportata che possono essere sopportate per un tempo limitato e che produconoun sovrariscaldamento dei cavi.

Nei cavi così sollecitati si produce un invecchiamento precoce dell’isolante chepuò dar luogo nel tempo a scariche elettriche ed al conseguente corto circuito.

Nel corto circuito la corrente può assumere valori anche molto elevati in tempi




brevissimi poiché non viene limitata da valori di impedenza che risultano tra-scurabili.

Il circuito è sollecitato da alte temperature e da sforzi elettrodinamici.

In ambedue i casi la norma CEI 64-8 prevede che vengano adottate opportuneprotezioni atte all’interruzioni delle sovracorrenti.

4.2 Protezione da sovraccarico

La norma CEI 64.8 richiede che, per la protezione contro le correnti di sovrac-carico, debbano essere rispettare le due condizioni:

Ib ≤ In ≤ Iz

If ≤ 1,45 Iz

dove:

Ib è la corrente di impiego della conduttura,

In è la corrente nominale del dispositivo di protezione,

Iz è la portata in regime permanente della conduttura

If è la corrente di sicuro funzionamento del dispositivo di protezione.

I dispositivi di protezione possono essere interruttori automatici o fusibili.

4.2.1 Protezione da sovraccarico mediante interruttori automatici

Nel caso di interruttori automatici per proteggere una conduttura da sovracca-rico sarà necessario quindi utilizzare un interruttore automatico che abbia unacorrente nominale In compresa tra il valore della corrente di Impiego Ib ed ilvalore della portata Iz.

La seconda condizione If 1,45 Iz è sempre rispettata in quanto risulta:

If corrente di intervento 1,45 In per interruttori per uso domestico confor-

mi alla norma CEI EN 60898; ed essendo In Iz, viene sicuramente rispet-

tata la condizione If 1,45 Iz.

Tab. 4.1 – Valori classici di In per interruttori automatici modulari

1 6 10 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125



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If corrente di intervento 1,30 In per interruttori per uso industriale confor-

mi alla norma CEI EN 60947-2; ed essendo In Iz, viene sicuramente ri-

spettata la condizione If 1,45 Iz.

ESEMPIO 1

Si debba proteggere da sovraccarico una conduttura monofase con Iz = 30A e percorsa da una corrente di impiego Ib= 20 A

Si può scegliere un interruttore con In= 25 A poiché risulta

Ib In Iz

20A 25A 30A

4.2.2 Protezione da sovraccarico mediante fusibiliNel caso di fusibili per proteggere una conduttura da sovraccarico sarà neces-sario utilizzare un fusibile che abbia una corrente nominale In compresa tra ilvalore della corrente di Impiego Ib ed il valore della portata Iz.

ESEMPIO 2

Si debba proteggere da sovraccarico una conduttura monofase con Iz = 30A e percorsa da una corrente di impiego Ib= 20 A

Si può scegliere un fusibile con In= 25 A poiché risulta

Ib In Iz

20 25 30

Si tratta ora di verificare la seconda condizione

Tab. 4.2 – Valori di In per fusibili fino a 100 A

2 4 6 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100




La seconda condizione If 1,45 Iz

Riferendosi, ad es., a fusibili per uso generale di tipo gG il con valore dellacorrente convenzionale di fusione If =1,6 In si avrà:

If= 1,6 x 25= 40 A

Poiché 1,45 Iz = 1,45 · 30= 43,5 A, anche la seconda condizione If 1,45Iz risulta soddisfatta.

Riferendosi invece a fusibili utilizzati nella protezione motori del tipo aM,essi non sono in grado, per costruzione, di interrompere le correnti com-prese tra In e k2 In , dove k2 assume il valore normalizzato di 6,3.

Nel nostro caso, un fusibile aM con In = 25 A interverrebbe per valori supe-riori al prodotto k2 In pari a 6,3 · 25 = 157,5 A e non sarebbe quindi ingrado di proteggere la conduttura.

Pertanto i fusibili di tipo aM non devono essere usati per la protezione con-tro i sovraccarichi.

4.2.3 Protezione da sovraccarico dei circuiti prese

Quando una conduttura alimenta delle prese elettriche, ai fini della protezioneda sovraccarico occorre tenere conto oltre che della portata della condutturaanche del valore della corrente nominale delle prese alimentate.

La corrente nominale del dispositivo di protezione da sovraccarico non dovràsuperare né la portata della conduttura né il più piccolo valore nominale delleprese alimentate dalla conduttura (Vedi esempi di Tab. 4.3).

Le “biprese” da 10/16 A possono essere protette con dispositivo di protezioneda 16 A.

Naturalmente prese protette singolarmente da un proprio dispositivo di prote-zione, es. fusibile, possono essere alimentate da circuiti con dispositivi di pro-tezione a monte di corrente nominale superiore a quello delle prese suddette.

Tab. 4.3 – Valori delle correnti nominali dei dispositivi di protezione in funzione delle correnti nominali delle prese

Circuito con prese aventi correnti nominali [A]

10 1610,16

10/1610/16,

1616+fusib,

32

Corrente nominale del dispositivo di prote-zione [A]

10 16 10 16 16 32



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4.3 Protezione da corto circuito

Per la protezione delle condutture da corto circuito occorre verificare sostan-zialmente le condizioni seguenti:

Il dispositivo di protezione deve avere una corrente nominale non inferiorealla corrente di impiego: In ≥ Ib per permettere la continuità del servizio.

Il dispositivo di protezione deve avere potere di interruzione Pi non inferiorealla corrente presunta di cortocircuito nel punto ove il dispositivo stesso èinstallato, deve cioè essere in grado di interrompere tale corrente.

Il dispositivo di protezione deve intervenire, in caso di cortocircuito che siverifichi in qualsiasi punto della linea, in un tempo tale da evitare che gli iso-lanti raggiungano temperature eccessive che li deteriorino: deve essere cioè:

I2t ≤ K2S2

dove:

t, durata del corto circuito in secondi

S, sezione in mm2

I2t, espressa in A2s, l’energia specifica lasciata passare dal dispositivo di protezione utilizzato;

K, costante caratteristica dei cavi che dipende sia dal materiale conduttore che dal tipo di isolante

K2S2, energia massima che il cavo è in grado di sopportare.

La costante caratteristica dei cavi si ricava dalle norme CEI 64-8.

In pratica il dispositivo di protezione deve intervenire in un tempo t tale dafar passare un’energia non superiore a quella massima tollerabile dal cavo

Tab. 4.4 – Costante caratteristica dei cavi (Norma CEI 64-8/4)

ISOLANTE

TEMPERATURA[°C]

COSTANTE K

INIZIALE0

FINALEf

CONDUTTORE

RAME ALLUMINIO

PVC 70 160 115 74

Gomma etilenpropilenica EPR e polietilene reticolato XLPE

90 250 143 92

Presenza di giunzioni o terminazioni saldate a stagno 70 160 115




senza che la sua temperatura finale superi quella massima prevista dallenorme.

Inoltre, per la protezione da corto circuito di un conduttura si deve considerareche il corto circuito può avvenire in un punto qualsiasi della linea da proteg-gere; difatti, a seconda del punto in cui si verifica il corto circuito, varia il valo-re dell’impedenza del tratto di linea interessato e, di conseguenza, variano siail valore della corrente di corto circuito che il tempo di intervento del dispositivodi protezione: i due casi estremi sono rappresentati da guasto a inizio linea eguasto a fine linea.

Un guasto ad inizio linea provoca naturalmente una corrente di corto circuitopiù elevata rispetto ad un guasto a fine linea in cui la corrente di corto circuitoviene limitata dall’impedenza di tutta la linea.

Anche in questo caso i dispositivi di protezione possono essere interruttoriautomatici o fusibili.

4.3.1 Protezione da corto circuito mediante interruttori automatici

La figura 4.1 mostra il confronto tra l’energia specifica lasciata passaredall’interruttore e quella tollerabile dal cavo:

Figura 4.1Confronto tra

energia specificapassante di un

interrutoreautomatico e

quella tollerabileda un cavo



Q U

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E R

N I

p e

r

l a p

r o

g e

t t

a z

i o n

e

93

risulta che la condizione I2t ≤ K2S2 si verifica per quei valori di corrente di cortocircuito compresi nell’intervallo Ia-Ib che corrispondono all’intersezione della

retta K2S2, relativa all’energia tollerabile dal cavo, con la curva I2t, relativaall’interruttore automatico.

Il cavo risulta pertanto protetto dall’interruttore se la corrente di corto circuitoassume valori compresi tra un valore minimo Ia ed un valore massimo Ib.

Dato che un guasto ad inizio linea (punto B) provoca una corrente di corto cir-cuito massimo (IccB) ed un guasto a fine linea provoca una corrente di corto cir-cuito minima (IccA), affinché il cavo risulti protetto occorrerà perciò che:

- corrente di corto circuito massima nel punto B ad inizio linea IccB risulti ≤ Ib- corrente di corto circuito minima nel punto A a fine linea IccA risulti ≥ Ia

4.3.2 Protezione da corto circuito mediante fusibili

La figura 4.2 mostra il confronto tra l’energia specifica lasciata passare dalfusibile e quella tollerabile dal cavo:

risulta che la condizione I2t K2S2 si verifica per quei valori di corrente di cortocircuito superiori o uguali ad Ia che corrisponde all’intersezione della retta K2S2,

relativa all’energia tollerabile dal cavo con la curva I2t, relativa al fusibile.

Figura 4.2Confronto tra energia specifica passante di un fusibile e quello tollerabile da un cavo




Affinché il cavo risulti protetto occorrerà perciò che:

- corrente di corto circuito a fine linea IccA risulti ≥ Ia.

Quindi per valori di corrente di corto circuito inferiori ad Ia la linea non risultaprotetta.

4.4 Determinazione del valore della corrente di corto circuito

Si è già detto che la corrente dicorto circuito è una sovracorren-te che si verifica a seguito di unguasto di impedenza trascurabi-le tra due punti tra i quali esistetensione in condizioni ordinariedi esercizio.

La corrente di corto circuito èdata dalla somma di due componenti:

- componente transitoria che si estingue dopo un certo tempo (unidirezionale);- componente permanente che dura fin tanto che non viene interrotta (sim-

metrica).

La corrente di corto circuita presunta è data dal valore della componente per-manente simmetrica.

Il potere d’interruzione dei dispositivi di interruzione rappresenta il valore effi-cace della corrente di corto circuito presunta che il dispositivo è in grado diinterrompere.

Il valore della corrente di corto circuito presunta è un valore sicuramente ele-vato in quanto si ipotizza che il guasto avvenga in modo franco cioè chel’impedenza di guasto risulti trascurabile; tale tipo di guasto rappresenta quin-di la peggior condizione possibile. La corrente di corto circuito assume in real-tà valori inferiori in quanto essa dipende sostanzialmente da:

- lunghezza e sezione delle linee a monte del punto di guasto;- potenza del trasformatore di cabina (se presente);- potenza della rete a monte del punto di consegna dell’energia elettrica.

Risulta infatti evidente che la corrente di corto circuito risulterà tanto maggiore:

- quanto minore sarà la lunghezza della linea a monte del punto di guasto;- quanto maggiore sarà la sezione della linea a monte del punto di guasto;

Figura 4.3Andamento

della correntedi corto circuito

in funzionedel tempo



Q U

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r

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g e

t t

a z

i o n

e

95

- quanto maggiore sarà la potenza del trasformatore di cabina;- quanto maggiore sarà la potenza della rete a monte del punto di consegna

dell’energia elettrica cioè quanto maggiore sarà la capacità della rete dierogare alti valori della corrente di corto circuito.

Nei circuiti trifase con neutro si possono avere tre diverse possibilità di corto-circuito:

- fase - fase;- fase - neutro;- trifase.

Al fine di proteggere le condutture dal corto circuito a quale di queste correntisi deve fare riferimento?

In genere la corrente di corto circuito più elevata è quella trifase a cui seguequella fase-fase e poi quella fase-neutro.

Nel caso di cortocircuito verso terra vanno fatte diverse valutazioni a secondache ci si trovi in un sistema TT, TN o IT.

4.4.1 Determinazione delle correnti di guasto a valle di un trasformatore – sistema TN

Corto circuito trifase

In un impianto utilizzatore alimentato da una propria cabina di trasformazione(es. TN) la corrente di corto circuito vale:

dove:

U = tensione di linea

RM = resistenza della linea a monte del trasformatore riportata al secondario

XM = reattanza della linea a monte del trasformatore riportata al secondario

RTR = resistenza del trasformatore riportata al secondario

XTR = reattanza del trasformatore riportata al secondario

RF = resistenza del conduttore di fase

XF = reattanza del conduttore di fase

2233 FTRMFTRM

FccXXXRRR

UI




Per semplificare i calcoli si considera infinita la potenza della rete a monte deltrasformatore ponendo RM = XM = 0 Ω; tale condizione significa avere impeden-za nulla e cioè caduta di tensione nulla a monte del trasformatore: la corrente dicortocircuito non produrrà quindi cadute di tensione a monte e la tensione di ali-mentazione del guasto rimarrà pari al valore di tensione di linea U precedenteal guasto. Ciò significa porsi nella condizione peggiore di guasto.

Se poi si vuole calcolare la corrente di corto circuito per guasto franco imme-diatamente a valle dei morsetti al secondario del trasformatore (lato BT), sideve porre RF = XF = 0 Ω; tale condizione significa avere impedenza nulla dellalinea a valle del trasformatore: difatti il guasto avviene immediatamente a valledel trasformatore e non si ha alcun tratto di linea interessata dalla corrente dicorto circuito a valle del trasformatore.

Il valore della corrente di corto circuito, a valle del trasformatore, diventa quindi:

dove

ZTR rappresenta l’impedenza del trasformatore.

Tale impedenza è l’unica impedenza rimasta a limitare la corrente di corto circuito.

Essa può essere ricavata dalla teoria del trasformatore da cui risulta:

dove:

Sn = potenza nominale apparente del trasformatore [VA]

ucc% = tensione di corto circuito percentuale del trasformatore

(La tensione di corto circuito di un trasformatore è la tensione che si deve appli-care al circuito primario per ottenere al secondario chiuso in corto circuito lacorrente nominale. Viene eseguita una prova su un trasformatore chiuso in cor-to circuito e si misura il valore della tensione di corto circuito necessaria a farcircolare al secondario la corrente nominale: tale tensione assume valori moltopiccoli generalmente pari al 4%-6%.)

Sostituendo tale espressione nella formula per il calcolo della corrente di cor-

TRTRTR

FccZ

U

XR

UI

33 223

1003 %

2cc

nTR

u

S

UZ



Q U

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p e

r

l a p

r o

g e

t t

a z

i o n

e

97

tocircuito si ottiene:

Sia Sn che ucc% sono dati di targa del trasformatore; con le ipotesi fatte risulta

semplice ricavare il valore della corrente di corto circuito immediatamente avalle del trasformatore.

ESEMPIO 3

Si voglia ricavare il valore della corrente di corto circuito di un trasforma-tore MT/BT avente i seguenti dati di targa:

U1n = 20 kV

U20 = 400 V

Sn = 630 kVA

ucc% = 4%

Lo stesso trasformatore, ma con

ucc% = 6%

avrebbe una:

Più elevata è la tensione di corto circuito di un trasformatore, minore risultala sua corrente di corto circuito.

%3 3

100

cc

nFcc

uU

SI

AuU

SI

cc

nFcc 22733

44003100630000

3100

%3

AuU

SI

cc

nFcc 15155

64003100630000

3100

%3




Corto circuito fase-fase

La corrente di corto circuito fase-fase, sempre trascurando l’impedenza dellarete a monte, si ottiene da:

Corto circuito fase-neutro

La corrente di corto circuito fase-neutro, sempre trascurando l’impedenza dellarete a monte, si ottiene da:

Dal confronto delle formule relative ai tre casi di corto circuito analizzati sivede chiaramente che la corrente di corto circuito più elevata è quella trifase,seguita da quella fase-fase e da quella fase-neutro.

Il valore della corrente di corto circuito trifase va allora adoperato per valutarela protezione di un cavo per un guasto che si verifichi immediatamente a valledell’interruttore di protezione e per la scelta del potere di interruzionedell’interruttore stesso.

Il valore della corrente di corto circuito fase-fase va invece adoperato per valu-tare la protezione di un cavo per un guasto che si verifichi in fondo a una lineatrifase o fase-fase.

Tab. 4.5 – Valori tipici di ucc% dei trasformatori 20kV/400V

POTENZA NOMINALE[KVA]

TENSIONE DI CORTO CIRCUITO UCC%

[%]

TRASFORMATORI IN OLIO TRASFORMATORI IN RESINA

50 4

100 4

160 4

250 4

400 4

630 4-6 6

1000 6 6

1600 6 6

2000 6 6

2500 6 6

Fcc

FTRFTR

ccFF IXXRR

UI 322 2

3

2222

223 NFTRNFTR

ccFNXXXRRR

UI



Q U

A D

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p e

r

l a p

r o

g e

t t

a z

i o n

e

99

Il valore della corrente di corto circuito fase-neutro va invece adoperato pervalutare la protezione di un cavo per un guasto che si verifichi in fondo a unalinea trifase con neutro o monofase fase-neutro.

4.4.2 Determinazione delle correnti di guasto con trasformatori in parallelo

Particolare attenzione va posta nel caso che in cabina di trasformazione sianoinstallati più trasformatori in parallelo.

Parallelo di due trasformatori

Se si mettono in parallelo due trasformatori uguali la corrente di corto circuitosulla sbarra di bassa tensione è doppia rispetto a quella dovuto ad un unicotrasformatore, in quanto è data dalla somma della corrente di corto circuitodovuta al trasformatore TR1 e di quella dovuta al trasformatore TR2 e, di con-seguenza, il potere di interruzione degli interruttori a valle della sbarra deveessere idoneo all’interruzione di tale doppia corrente di corto circuito.

Il potere di interruzione degli interruttori posti sui montanti dei due trasforma-tori deve essere invece idoneo ad interrompere la sola corrente di cortocircuitodovuta ad un solo trasformatore.

ESEMPIO 4

Si voglia ricavare il valore della corrente di corto circuito nel caso di n. 2traformatori in parallelo MT/BT aventi ognuno i seguenti dati di targa(figura 4.4):

U1n = 20 kV

U20 = 400 V

Sn = 400 kVA

ucc% = 4%




La corrente di cortocircuito raddoppia rispetto a quella dovuta ad ogni tra-sformatore e poiché ogni trasformatore contribuisce a fornire una correntedi corto circuito pari a:

in totale si avrà una corrente di cortocircuito:

Gli interruttori posti sul quadro sono però soggetti a correnti di corto circuitodiverse a seconda del punto in cui si verifica il corto circuito.

In particolare:

- cortocircuito nel punto A):l’interruttore I1 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta al trasfor-matore TR2(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2, ma l’interruttore è attraver-sato dalla sola corrente proveniente da TR2)

- cortocircuito nel punto B)l’interruttore I1 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta al trasfor-matore TR1(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2, ma l’interruttore è attraver-sato dalla sola corrente proveniente da TR1)

- cortocircuito nel punto C)l’interruttore I3 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta ai trasfor-matori TR1 e TR2

Figura 4.4Correnti di corto

circuito per 2trasformatori in

parallelo

AuU

SI

cc

nFcc 14433

44003100400000

3100

%3

AII FccTotFcc 288661443322 33



Q U

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p e

r

l a p

r o

g e

t t

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i o n

e

101

(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2, e l’interruttore è attraversatodalla corrente proveniente da TR1 e dalla corrente proveniente da TR2).

Parallelo di tre trasformatori

Se si mettono in parallelo tre trasformatori uguali la corrente di corto circuitosulla sbarra di bassa tensione è tripla rispetto a quella dovuto ad un unico tra-sformatore, in quanto è data dalla somma della corrente di corto circuito dovu-ta al trasformatore TR1, di quella dovuta al trasformatore TR2 e di quelladovuta al trasformatore TR3; di conseguenza, il potere di interruzione degliinterruttori a valle della sbarra deve essere idoneo all’interruzione di tale triplacorrente di corto circuito.

Il potere di interruzione dell’interruttore posto sul montante di ognuno dei tretrasformatori deve essere invece idoneo ad interrompere la corrente di corto-circuito dovuta agli altri trasformatori.

ESEMPIO 5

Si voglia ricavare il valore della corrente di corto circuito nel caso di n. 3traformatori in parallelo MT/BT aventi ognuno i seguenti dati di targa(figura 4.5).

La corrente di cortocircuito triplica rispetto a quella dovuta ad ogni trasfor-matore e in totale si avrà una corrente di cortocircuito

Figura 4.5Correnti di corto circuito per 3 trasformatori in parallelo

AII FccTotFcc 432991443333 33




in particolare:

- cortocircuito nel punto A)l’interruttore I1 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta ai tra-sformatori TR2 e TR3(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2 che da TR3, ma l’inter-ruttore è attraversato dalle correnti provenienti da TR2 e TR3)

- cortocircuito nel punto B)l’interruttore I1 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta al tra-sformatore TR1(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2 che da TR3, ma l’inter-ruttore è attraversato dalla sola corrente proveniente da TR1)

- cortocircuito nel punto C)interruttore I1 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta al tra-sformatore TR1(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2 che da TR3, ma l’inter-ruttore è attraversato dalla sola corrente proveniente da TR1)

- l’interruttore I4 è sottoposto alla corrente di corto circuito dovuta ai tra-sformatori TR1, TR2 e TR3(il guasto è alimentato sia da TR1 che da TR2 che da TR3, e l’interrut-tore è attraversato dalla corrente proveniente da TR1, dalla correnteproveniente da TR2, e dalla corrente proveniente da TR3)

Per l’interruttore posto sul montante di ogni trasformatore il caso più gra-voso è il caso A, quando il corto avviene a monte dell’interruttore stesso cheè chiamato ad interrompere la corrente di corto circuito proveniente daglialtri due trasformatori presenti.

Parallelo di un numero qualsiasi n trasformatori

Da quanto visto precedentemente si possono trarre le seguenti conclusioni vali-de per un numero n di trasformatori uguali in parallelo:

- Interruttori posti a valle della sbarra di BT dei trasformatori:potere di interruzione n Icc3F

- Interruttori posti sui montanti dei trasformatori:potere di interruzione (n-1) Icc3F

dove:

n = numero di trasformatori uguali in parallelo

Icc3F = corrente di corto circuito trifase dovuta al singolo trasformatore

4.4.3 Determinazione delle correnti di guasto – sistema TT

Quando un impianto non è alimentato da un proprio trasformatore MT/BT,non si conoscono le caratteristiche della rete a monte.



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t t

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i o n

e

103

È il caso di impianto alimentato direttamente in bassa tensione dall’Ente Forni-tore di Energia Elettrica.

Il valore della corrente di corto circuito presunta immediatamente a valle delpunto di consegna dell’energia elettrica non può allora essere calcolato comenei sistemi TN.

La Norma CEI 0-21, “Regola tecnica di riferimento per la connessione di Uten-ti attivi e passivi alle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica”, sta-bilisce i valori convenzionali della corrente di cortocircuito massima nel puntodi connessione alla rete e il fattore di potenza secondo la Tab. 4.6:

I valori in tabella si basano su una taglia massima dei trasformatori del Distri-butore fino a 630 kVA (ucc% = 6%). I Distributori non potranno più usare tra-sformatori di taglia superiore. Per quelli già installati il Distributore dovràcomunicare all'utente i relativi valori della corrente di cortocircuito. L'utente, senon riceve altra comunicazione, si basa sui valori in tabella.

Tale valore rappresenta il massimo valore della corrente di corto circuito pre-sunta.

La norma CEI 64-8 art. 533.3 (commento) fornisce invece le formule per il cal-colo della minima corrente di corto circuito presunta che si considera quella trafase e fase (se il neutro non è distribuito) o tra fase e neutro (se il neutro è distri-buito) nel punto più lontano della conduttura da proteggere:

dove:

U = tensione concatenata di alimentazione in Volt

= resistività a 20°C del materiale dei conduttori ( mm2/m pari a 0,018 se Cu - 0,027 se Al)

L = lunghezza della conduttura protetta (m)

Tab. 4.6 – Valori della corrente di corto circuito massima nei punti di connessione (Norma CEI 0-21)

FORNITURACORRENTE DI CORTOCIRCUITO

MASSIMA MONOFASECORRENTE DI CORTOCIRCUITO

MASSIMA TRIFASE

Monofase 6 kA (cosφCC = 0,7) -

Trifase P < 33 kW 6 kA (cosφCC = 0,7) 10 kA (cosφCC = 0,5)

Trifase P > 33 kW 6 kA (cosφCC = 0,7) 15 kA (cosφCC = 0,3)

SL

UI FFcc 25,1

8,0min

(con neutro non distribuito)




S = sezione del conduttore (mm2)

IccminFF = corrente minima di corto circuito presunta fase – fase

dove:

U0 = tensione di fase di alimentazione in Volt

= resistività a 20°C del materiale dei conduttori ( mm2/m pari a 0,018 se Cu - 0,027 se Al)

L = lunghezza della conduttura protetta (m)

S = sezione del conduttore (mm2)

m = rapporto tra la resistenza del conduttore di neutro e la resistenza del conduttore di fase (nel caso essi siano costituiti dallo stesso materiale, esso è uguale al rap-porto tra la sezione del conduttore di fase e quella del conduttore di neutro)

IccminFN =corrente minima di corto circuito presunta fase – neutro.

Il coefficiente 0,8 tiene conto dell’impedenza della rete a monte che non è notae sta ad indicare che la tensione a inizio linea subisce un calo del 20% in casodi guasto in fondo alla linea.

Le reattanze della linea da proteggere vengono trascurate.

4.4.4 Determinazione della corrente di corto circuito a valle di un cavo in funzione della correntedi corto circuito a monte

Per la determinazione delle correnti di corto circuito in fondo ad una linea,una volta che si conosca il valore delle correnti di corto circuito ad iniziolinea, possono essere utili degli strumenti tabellari che consentono di deter-minare il valore della corrente di cortocircuito in base alla lunghezza e allasezione del cavo.

SL

m

UI FNcc

)1(5,1

8,0 0min

(con neutro distribuito)



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p e

r

l a

p r

o g

e t

t a

z i o

n e

105

Tab.

4.7

– D

eter

min

azio

ne d

ella

cor

rent

e di

cor

to c

ircui

to tr

ifase

a v

alle

di u

n ca

vo in

funz

ione

del

la c

orre

nte

di c

orto

circ

uito

a m

onte

(fon

te

Schn

eide

r Ele

ctric

)

sezi

one

cav

i [m

m2 ]

lung

hez

za c

avi

[m]

1,5

1,2

1,7

2,3

3,3

4,6

6,4

8,9

12,4

2,

51

1,4

1,9

2,6

3,9

5,2

6,2

10,4

12

,8

15,6

4

1,2

1,6

2,3

3 4,

1 6,

2 8,

2 9,

9 16

,6

20,4

24

,9

6

1,2

1,7

2,4

3,4

4,5

6,1

9,2

12,3

14

,8

24,8

30

,3

37,3

10

1

1,4

2 2,

8 3,

9 5,

6 7,

4 10

,1

15,3

20

,5

24,7

41

,3

49,8

62

,1

16

1,1

1,6

2,2

3,1

4,4

6,1

8,8

11,8

16

24

,3

32,7

39

,3

65,9

70

,3

99,1

25

1,

2 1,

6 2,

3 3,

3 4,

7 6,

7 9,

4 13

,6

18,3

24

,8

37,8

50

,7

61,1

10

2,5

123,

3 15

4,2

35

1 1,

5 2,

1 3,

1 4,

5 6,

4 9,

2 12

,9

18,8

25

,3

34,4

52

,4

70,5

84

,9

142,

6 17

3,7

214,

6 50

1,

3 2

2,8

4,1

6,1

8,8

12,7

17

,9

26,2

35

,4

48,2

73

,8

99,3

11

9,6

201,

1 24

2,1

303

70

1,6

2,5

3,6

5,4

8 11

,6

17

24,2

35

,5

48,2

65

,8

101

136,

1 16

4,1

276,

3 33

1,6

95

1,9

2,9

4,3

6,5

10

14,6

21

,6

31

45,8

62

,4

85,6

13

1,8

177,

9 21

4,7

362,

1 43

4,5

120

2,1

3,3

4,9

7,6

11,7

17

,3

25,8

37

,2

55,3

75

,6

103,

9 16

0,4

216,

7 26

1,8

150

2,3

3,6

5,4

8,4

13,2

19

,7

29,7

43

,2

64,6

88

,7

122,

2 18

9,2

256,

1 30

9,5

185

2,4

3,9

5,8

9,2

14,6

22

33

,5

49

73,7

10

1,5

140,

3 21

7,7

295,

1 35

7 24

0 2,

6 4,

1 6,

3 10

16

24

,4

37,4

55

,3

83,7

11

5,8

160,

6 25

0,1

339,

5 30

0 2,

7 4,

3 6,

6 10

,6

17,1

26

,3

40,6

60

,3

91,7

12

7,3

176,

9 27

6,1

375,

3 2x

120

4,2

6,6

9,7

15,1

23

,3

34,5

51

,5

74,3

11

0,5

151,

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