Progetto di un impianto elettrico per civile abitazione
...e un po’ di distribuzione dell’energia elettrica
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L’Impianto
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La distribuzione dell’energia elettrica
Avviene in:
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230 V
400 V
400 V
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Una parentesi...
La rete elettrica italiana
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Una… parentesi
L'energia elettrica viene prodotta nelle centrali dislocate nel territorio italiano e poi trasportata fino alle nostre case tramite la rete elettrica nazionale alimentata in tensione alternata ed alla frequenza di 50 Hz. La rete è composta da una serie di stazioni elettriche di trasformazione e di linee, o elettrodotti, che si distinguono in base alla tensione di esercizio:
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(2)
La rete elettrica nazionale è principalmente divisa in due parti:
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(3) Rete di trasmissione elettrica in Italia
La rete di trasmissione a grande distanza, (380 kV - 220 kV e 150 kV - 132 kV) è posseduta e gestita da Terna ed ha una lunghezza di oltre 63.500 km. Ha di regola una struttura a maglie, (con più percorsi tra un nodo e l'altro) e collega le centrali di produzione (punti di immissione) con le cabine primarie di smistamento e trasformazione (punti di prelievo). La rete copre a larghe maglie l’intero territorio nazionale e ha anche la funzione di interconnettere la rete nazionale con le rete elettrica europea, per ottimizzare la produzione secondo le necessità e per ridurre l'effetto di un eventuale malfunzionamento di centrali e linee.
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(4) Terna
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(5) Rete a 220 kV e 380 kV
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RTN = Rete di Trasmissione Nazionale
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Curiosità
Il cavo elettrico sottomarino ad altissima tensione tra la Sardegna e il Lazio, lungo 420 km, passa a 1640 metri al di sotto del mar Tirreno ed è il più profondo al mondo!
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Rete di distribuzione dell'energia
Nelle cabine primarie (AT/MT) la corrente si trasforma da alta a media tensione (10 kV - 15 kV - 20 kV) e qui inizia la rete di distribuzione che rappresenta l'ultimo ramo della filiera elettrica per la consegna di elettricità agli utenti finali. Le linee in media tensione arrivano alle cabine secondarie di trasformazione MT/BT, da qui la corrente in bassa tensione viene diffusa capillarmente agli utenti.
La consegna finale in bassa tensione avviene a questi valori di tensione:
La struttura della rete è radiale, con la corrente che va dalle tensioni più alte verso quelle più basse, gli utenti finali ossia le case, i negozi, gli uffici ecc.
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I Distributori di energia
Questa fase è un monopolio naturale e le reti di distribuzione sono possedute e gestite, secondo le regole determinate dall'Autorità, dalle società di distribuzione responsabili in quella zona.
E-Distribuzione, Areti, Unareti, Ireti, Inrete sono i principali distributori di energia in Italia, tuttavia ne esistono molti altri. Il distributore gestisce l'ultima parte della rete elettrica che arriva nelle nostre case ed è il proprietario dei contatori ad essa connessi.
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Le Utenze elettriche
Nella tabella è indicato il numero di punti di prelievo e dei volumi di energia elettrica nell'anno 2017 divisi per tipologia di cliente in base alla tensione a cui sono allacciati:
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Punti di prelievo
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Tipologia di cliente | Alta e altissima tensione | Media tensione | Bassa tensione |
Punti di prelievo | 1.000 | 106.000 | 36.789.000 |
Volumi GWh | 26.331 | 98.304 | 131.793 |
Fonte: Relazione annuale ARERA 2018
Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente
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Tornando a… noi!
Gli impianti elettrici per civile abitazione sono alimentati in bassa tensione. In particolare è possibile avere sistemi monofase e trifase. Presentano le seguenti caratteristiche:�
I circuiti monofase:
I circuiti trifase:
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I cavi elettrici
Un aspetto fondamentale da tenere in considerazione è il colore dei cavi elettrici delle linee. Esiste infatti un codice comune per cui il colore dei cavi si stabilisce in base alla loro funzione.
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Fase | preferibilmente nero, marrone e grigio | |
Neutro | è obbligatorio utilizzare cavi di colore blu chiaro | |
Protezione | è obbligatorio utilizzare cavi giallo-verde | |
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Tipologia di impianto elettrico
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Sistemi di alimentazione
Ogni linea di distribuzione dell’energia elettrica è alimentata dall’ente erogatore in una cabina di trasformazione.
Il cavo di neutro si può collegare o meno a terra, mentre gli elementi all’interno dell’abitazione possono collegarsi al cavo di neutro o al sistema di messa a terra. In base a queste configurazioni si identificano i vari sistemi di alimentazione:
La prima lettera fornisce informazioni sulla posizione del cavo di neutro lato distribuzione:
La seconda lettera definisce come sono collegate le masse degli utilizzatori:
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Il sistema TN
Nel sistema TN: il neutro è collegato direttamente a terra. In particolare è possibile avere le seguenti configurazioni:
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I sistemi TT e IT
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I sistemi di distribuzione più utilizzati nel caso residenziale sono i sistemi TT e TN
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Criteri generali sul dimensionamento di un impianto elettrico per civile abitazione
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Criteri generali
Il progetto dell’impianto elettrico di una civile abitazione parte dalla conoscenza del numero e del tipo di utenze da impiegare e della loro posizione nella struttura.
Si passa poi allo studio delle singole linee e al calcolo della corrente di impiego IB secondo le norme CEI.
IB rappresenta l’intensità di corrente che la linea è destinata a trasportare per soddisfare il fabbisogno elettrico dell’impianto.
In funzione di:
si valutano i carichi specifici (frigorifero, lavatrice, ecc.), si stabilisce il numero delle prese, degli interruttori e dei punti luce utili da posizionare.
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Corrente di impiego (circuiti terminali)
La corrente di impiego è il valore della corrente che può fluire in un circuito nel servizio ordinario. Il valore efficace della corrente di impiego, per i circuiti terminali, può essere calcolato con la seguente formula:
IB= (Ku P) / (k Vn cos φ)
0 ≤ Ku ≤ 1 è il coefficiente di utilizzazione moltiplicativo della potenza nominale di ciascun carico
P è la potenza totale dei carichi [Watt]
k è uguale a:
Vn è il valore efficace della tensione nominale del sistema [V]
cosφ è il fattore di potenza.
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Corrente di impiego
Se il circuito di distribuzione alimenta più circuiti derivati non tutti terminali, la corrente di impiego può calcolarsi con la seguente formula:
IB= KC ( I1d,1 + … + I1d,n )
KC coefficiente di contemporaneità moltiplicativo dei circuiti derivati simultaneamente utilizzati
I1d, j è il fasore della corrente del j-mo circuito derivato.
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Dimensionamento del cavo
La Norma CEI 64-8 stabilisce che:
il massimo valore della corrente che può fluire in una conduttura, in regime permanente ed in determinate condizioni, è quel valore di corrente per cui il cavo non raggiunge valori di temperatura indesiderata
La portata di un cavo IZ dipende da:
Deve essere sempre:
IB < IZ
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Tipologia di posa
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Il montante
Nel dimensionare il montante bisogna valutare
È buona norma sovradimensionare leggermente la sezione di questo elemento per poter facilitare futuri incrementi di potenza.
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Caduta di tensione
La caduta di tensione di un cavo si calcola dal suo punto di alimentazione fino ai terminali ed è pari proprio alla differenza di tensione calcolata nei due punti considerati.
Può calcolarsi con la seguente formula (CEI-UNEL 35023):
ΔVc= k∙(R∙cos φ+X∙sin φ)∙ L∙Ib [V]
ΔVc% = ΔVc/ Vn
ΔVc caduta di tensione del cavo [V]
k =
R è la resistenza specifica del cavo [Ω⁄m]
X è la reattanza specifica del cavo [Ω⁄m]
L è la lunghezza del cavo [m]
Ib è la corrente di impiego [A]
Vn è la tensione nominale [V]
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Per un corretto funzionamento delle apparecchiature, la norma CEI 64-8 raccomanda che
la caduta di tensione massima sia contenuta entro il 4% della tensione di alimentazione.
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Dimensionamento del conduttore di neutro
“Il conduttore di neutro partecipa alla distribuzione dell’energia elettrica mettendo a disposizione una tensione diversa da quella esistente fra le fasi. In certi casi ed in condizioni specificate le funzioni di conduttore di neutro e di conduttore di protezione possono essere combinate in un solo conduttore, che viene denominato PEN” (CEI 64-8)
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Nei circuiti monofase
La sezione del neutro deve avere almeno la stessa sezione dei conduttori di fase, qualunque sia la sezione dei conduttori.
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Nei circuiti trifase
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Sistema Trifase | ||
Sezione Fase | Materiale | Sezione del neutro |
≤16 mm2 | rame | ≥ (della fase) 16 mm2 |
>16 mm2 | rame | se la corrente massima nel neutro è minore della corrente ammissibile nella sezione ridotta, la sezione del neutro deve essere almeno uguale a 16 mm2 e può essere minore della sezione della fase |
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Protezione del conduttore neutro
Il conduttore di neutro deve essere sempre protetto dalle sovracorrenti (sovraccarichi elettrici e cortocircuiti) secondo le prescrizioni contenute nell’articolo 473.3.2 della norma CEI 64-8.
Se la sezione del conduttore di neutro:
Non è necessario rilevare le sovracorrenti sul neutro se questo è protetto dai cortocircuiti o se la massima corrente che lo può attraversare è chiaramente inferiore al valore della portata di questo conduttore.
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Dimensionamento del conduttore di protezione
Il conduttore di protezione PE serve per proteggere dai contatti indiretti i seguenti elementi:
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Le sezioni minime dei conduttori di protezione
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Sezione del conduttore di fase che alimenta la macchina o l’apparecchio SF [mm2] | Conduttore di protezione facente parte dello stesso cavo o infilato nello stesso tubo del conduttore di fase SPE [mm2] | Conduttore di protezione non facente parte dello stesso cavo e non infilato nello stesso tubo del conduttore di fase SPE [mm2] |
SF≤ 16 | SPE=SF | 2,5 se protetto meccanicamente, 4 se non protetto meccanicamente |
16<SF≤ 35 | SPE= 16 | SPE= 16 |
35<SF | SPE=SF/2 nei cavi multipolari la sezione specificata dalle rispettive norme | SPE=SF/2 nei cavi multipolari la sezione specificata dalle rispettive norme |
SF = Sezione dei conduttori di fase
SPE = Sezione dei conduttori di protezione
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Il Centralino elettrico
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Centralino (Quadro) elettrico
Stabilita la potenza da impiegare per l’impianto elettrico, si progetta il centralino elettrico (quadro elettrico). Oltre ad essere il punto di comando dell’impianto, il quadro generale è progettato anche per contenere i vari elementi di protezione (interruttori magnetotermici, interruttori differenziali).
Il centralino si collega tramite le varie linee a:
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Cosa deve esserci
La norma CEI 64-8 stabilisce la necessità di prevedere:
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L’Interruttore generale
Consente di mettere in tensione tutto l’impianto e deve essere quindi chiaramente individuabile ed accessibile a tutti gli utenti. Può essere un interruttore magnetotermico, un differenziale o, in alcuni casi, anche un interruttore magnetotermico-differenziale.
Un altro aspetto fondamentale è l’identificazione dei circuiti del quadro.
Ogni linea deve essere chiaramente definita con un’etichetta, così in caso di problemi diventa semplice individuare ed intervenire sulla linea interessata.
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Interruttori differenziali (salvavita)
Un interruttore differenziale (comunemente chiamato anche salvavita, in seguito alla registrazione del marchio da parte di BTicino nel 1965) è un dispositivo di sicurezza in grado di interrompere il flusso di energia elettrica in caso di guasto verso terra (dispersione elettrica) o folgorazione fase-terra.
Fornisce una protezione anche verso lo shock elettrico, sia diretto sia indiretto, sulle persone a rischio. Non offre invece alcuna protezione contro sovraccarico o cortocircuito tra fase e fase o tra fase e neutro.
È detto differenziale, perché basa il suo funzionamento sulla rilevazione dell’eventuale differenza di correnti elettriche rilevata in ingresso e in uscita al sistema elettrico in caso di dispersione: se nell’impianto la somma vettoriale delle correnti è diversa da zero (ovvero è presente una dispersione), l’interruttore differenziale interrompe l’alimentazione elettrica delle linee immediatamente a valle.
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Da prevedere...
Un centralino correttamente progettato deve prevedere almeno due interruttori differenziali. In caso di guasto un solo differenziale posto a monte dell’impianto toglierebbe l’alimentazione a tutta l’abitazione.
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Sovracorrenti
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Sovracorrenti
Ogni corrente che supera il valore nominale, ovvero la portata del cavo, si definisce sovracorrente.
Tra i fenomeni di sovracorrente si annoverano:
Mentre il sovraccarico si verifica in tempi lunghi per la presenza eccessiva di carichi elettrici, il cortocircuito si presenta in tempi brevissimi in caso di contatto fra fase e neutro.
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Il sovraccarico
Per proteggere l’impianto elettrico dai fenomeni di sovraccarico, la norma prevede l’installazione degli elementi di protezione. L’elemento predisposto a questa funzione è l’interruttore termico.
La norma CEI 64-8 sez. 4 prevede il rispetto delle seguenti condizioni:
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Il Cortocircuito
Per la protezione dalle correnti di cortocircuito, il dispositivo di protezione deve essere in grado di interrompere la corrente di cortocircuito prima che questa inneschi l’incendio e comprometta l’integrità dei cavi conduttori. La corrente di cortocircuito massima deve essere minore del potere di interruzione dell’apparecchiatura di protezione.
Il dispositivo che si utilizza in genere per questo tipo di protezione è l’interruttore magnetico.
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L’interruttore Magnetotermico
Ad oggi la tipologia di elemento più utilizzata per le sovracorrenti è l’interruttore magnetotermico, costituito da un interruttore magnetico ed uno termico
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Simboli di un impianto elettrico civile
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Il documento grafico
Il documento grafico di un impianto elettrico per civile abitazione è uno schema che:
Un codice univoco di simboli da utilizzare rende accessibile la lettura della documentazione a tutti i tecnici che lavorano alla progettazione.
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Le categorie dei simboli
I principali simboli utilizzati in ambito civile sono suddivisi in diverse categorie:
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Schema unifilare e pianta del progetto
Possiamo ulteriormente distinguere i simboli tra:
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Pianta
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Schema unifilare
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Impianto di messa a terra
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L’impianto di messa a terra
Serve a disperdere le correnti tramite il terreno. Una corretta esecuzione dell’impianto di messa a terra è fondamentale per rendere sicuro il sistema impiantistico.
L’impianto di messa a terra è costituito da:
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Il dispersore
È un corpo metallico con dimensioni, geometria e materiale adatto a realizzare il collegamento elettrico con la terra. I dispersori si dispongono nel terreno (vegetale e umido preferibilmente) lontani fra loro, dagli scarichi e ad una profondità di 0,5/0,8 m. I dispersori possono posizionarsi durante le opere di scavo o, come spesso accade, con i picchetti in un secondo momento.
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Il conduttore di terra
È il cavo che collega il nodo di terra (o collettore di terra) ai vari dispersori nel terreno.
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Conduttore
di terra
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Il conduttore equipotenziale
Collega le varie masse e le masse estranee al medesimo potenziale.
La sua sezione si stabilisce con la norma CEI 64-8.
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Il collettore di terra
Serve per collegare al dispersore:
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Sitografia
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