REQUISITI FORMALI DEGLI ELABORATI COSTITUENTI UN PROGETTO CONFORME ALLE NORME UNI e CEI (IMPIANTI ELETTRICI) – PROJECT MANAGEMENT

I requisiti formali degli elaborati costituenti un progetto conforme alle norme come e quanto influiscono sulla validazione da parte di un Ente terzo?

Non è sicuramente facile rispondere a questa domanda. Per la mia esperienza oramai quasi ventennale nel campo della progettazione negli appalti pubblici posso sicuramente affermare che la proporzione è 80% contenuto e 20% legato agli aspetti formali. Come diceva un mio vecchio professore dell’università – anche l’occhio vuole la sua parte. Infatti, analizzando due progetti con lo stesso contenuto, ma presentati in modo diverso, cioè uno che non rispetti le norme UNI e nel caso particolare degli impianti elettrici le norme CEI e l’altro invece rispetta tutte le regole legate agli aspetti formali che devono essere applicati per avere un progetto di qualità, come saranno valutati nella fase di validazione. Sicuramente il gruppo di validazione si approccerà in modo propositivo al progetto che formalmente rispetti tutte le regole.

Nella mia carriera di progettista mi è capitato, non poche volte, di imbattermi in un progetto carente e non conforme alle norme UNI e CEI relative ai requisiti formali che la documentazione di progetto deve avere. Per questo motivo ho deciso di scrivere il seguente articolo il quale descriverà inizialmente le norme UNI che devono essere applicate agli elaborati grafici di progetto come ad esempio i formati dei fogli unificati o il posizionamento corretto del cartiglio. A seguire saranno illustrate le norme CEI da applicare per una corretta rappresentazione grafica e descrittiva di un progetto degli impianti elettrici. Molte volte mi è capitato di trovare, ad esempio, scritto Kw; un errore gravissimo in quanto non rispetta assolutamente il DPR del 12 agosto 1982 n. 802 “Attuazione della direttiva CEE 80/181 relativa alle unità di misura” che obbliga l’utilizzo del sistema internazionale di grandezze e unità di misura.

DOCUMENTAZIONE DI PROGETTO

Per progetto si intende un insieme coordinate di attività atte a raggiungere un determinato obiettivo (il progetto) che risponda a determinate specifiche e norme di settore in tempi definiti e con costi limitati o da limitare entro un determinato budget.

Le principali caratteristiche di un progetto sono:

Obiettivi definiti

Ogni attività ha una finalizzazione specifica il cui risultato è essenziale per il raggiungimento dell’obiettivo.

Unicità

Ogni progetto, anche se simile ad altri precedentemente sviluppati, è unico.

Temporaneità

Ogni progetto ha una data di inizio e una di fine prestabilite nell’organizzazione del progetto.

Multidisciplinarità

Normalmente un progetto richiede competenze diverse che convergono tutti verso lo stesso obiettivo.

Risorse limitate

Un progetto richiede una certa disponibilità delle risorse per ciascuna attività.

Il project management, d’altro canto, coinvolge la pianificazione e il monitoraggio del progetto e comprende i seguenti elementi:

  • definizione dei requisiti del lavoro;
  • pianificazione del progetto
  • definizione della quantità e qualità del lavoro;
  • definizione delle risorse necessarie.
  • monitoraggio del progetto
  • rilevamento dello sviluppo;
  • confronto dei risultati ottenuti con quelli previsti;
  • adattamenti da effettuare.

Il project manager (PM) rappresenta la figura di riferimento per il project management in quanto ha il compito di gestire l’intero ciclo di vita del progetto. Durante tutte le fasi della progettazione il PM riveste una duplice funzione quello come responsabile del conseguimento degli obiettivi entro i tempi e i costi prestabiliti e di interfaccia tra il committente e il team di progettazione. Il progetto e pertanto la documentazione di progetto, ossia l’insieme dei documenti tecnici e grafici che costituiscono il progetto stesso, deve essere obbligatoriamente conforme alle norme UNI e CEI. Infatti, il comma 3 dall’art. 5 del DM 37/08, indirettamente, si riferisce alla sola guida CEI 0-2 sulla redazione del progetto; per questo motivo la guida CEI 0-2 assume una valenza giuridica.

Il progetto e pertanto la documentazione di progetto, ossia l’insieme dei documenti tecnici e grafici che costituiscono il progetto stesso, deve essere obbligatoriamente conforme alle norme UNI e CEI. Infatti, il comma 3 dall’art. 5 del DM 37/08, indirettamente, si riferisce alla sola guida CEI 0-2 sulla redazione del progetto; per questo motivo la guida CEI 0-2 assume una valenza giuridica.

REQUISITI FORMALI NORME UNI

Si riporta di seguito le norme UNI relative all’impostazione delle tavole grafiche:

  • UNI EN ISO 5457: formati e disposizione degli elementi grafici della tavola grafica;
  • UNI 938: piegatura dei fogli;
  • UNI EN ISO 128-20: tipi, grossezza ed applicazione delle linee;
  • UNI EN ISO 3093-1: scrittura sui disegni (altezza minima caratteri);
  • UNI EN ISO 5455: scale unificate;
  • UNI EN ISO 129: quotature;
  • UNI 3975: quote altimetriche
  • UNI EN ISO 7200: riquadro delle iscrizioni (cartiglio).

Nella tabella seguente si riportano i formati comuni secondo la norma UNI EN ISO 5457.

I formati comuni secondo la norma UNI EN ISO 5457

Generalmente l’uso dei formati è il seguente:

  • A4 elaborati tecnici (relazioni, specifiche tecniche, computi);
  • da A0 a A3 elaborati grafici (planimetrie, schemi unifilari).

La norma UNI EN ISO 5457 consente anche l’utilizzo di formati speciali allungati ottenuti dai formati base, elencati nella tabella precedente, estendendo n volte il suo valore.

La norma UNI 938 definisce la piegatura di una tavola grafica che può essere eseguita in 2 modi differenti:

  • senza lembo di attacco;
  • con lembo di attacco sul lato sinistro per la rilegatura in fascicoli.

Si riporta di seguito la descrizione del primo metodo di piegatura:

“cominciando da destra si eseguono piegature successive verticali parallele tutte distanti tra loro di 210 mm, la prima indietro e la successiva avanti e cosi alternativamente avanti e indietro lasciando per ultima l’eventuale rimanenza di larghezza minore. Partendo dal lato inferiore del foglio così ottenuto, si eseguono le piegature orizzontali alternativamente avanti e indietro”.

Nella figura seguente vengono riportate i tipi, la grossezza e l’applicazione delle linee secondo quanto definito dalla norma UNI EN ISO 128-20:

La norma UNI EN ISO 3093-1 definisce l’altezza minima dei caratteri in funzione del formato del foglio:

La norma UNI EN ISO 5455 definisce scale unificate. La figura seguente riporta le scale unificate e il loro utilizzo:

La norma UNI EN ISO 7200 indica le informazioni minime da riportare e la posizione, che deve essere in basso a destra, del riquadro delle iscrizioni (cartiglio):

  • studio professionale;
  • committente;
  • titolo del progetto;
  • argomento del disegno;
  • scala di rappresentazione;
  • numero della tavola.

IMPIANTI ELETTRICI

NORME CEI

I segni grafici da utilizzare nel campo degli impianti elettrici sono codificati dal comitato tecnico 3 dell’IEC ed adottati dal CENELEC e dal CEI quali ad esempio:

  • CEI EN 60617-3 conduttori e dispositivi di connessione;
  • CEI EN 60617-7 apparecchiature e dispositivi di comando e protezione;
  • CEI EN 60617-8 strumenti di misura, lampade e dispositivi di segnalazione;
  • CEI EN 60617-11 schemi e piani di installazione architettonici e topografici.

Come strumento da utilizzare per la rappresentazione dei diversi collegamenti che consentono ai componenti elettrici di operare si utilizza lo schema elettrico. La rappresentazione di un circuito può avvenire attraverso i seguenti schemi elettrici:

  • schema unifilare: due o più conduttori vengono rappresentati da una sola linea e i segni grafici forniscono l’indicazione del numero di conduttori presenti in ogni linea;
  • schema multifilare: rappresentazione completa di un circuito elettrico.

Nell’ambito dei circuiti e quindi degli schemi (unifilari e multifilari) si possono distinguere:

  • circuiti di potenza: circuiti il cui compito è alimentare gli organi di potenza;
  • circuiti ausiliari: circuiti che alimentano bobine di comando (contattori, relè) che servono alla manovra e/o alla segnalazione.

Negli schemi è sempre opportuno identificare i componenti elettrici in modo che siano univocamente individuati. La norma CEI 3-62 stabilisce un codice di identificazione composto da quattro parti:

  • parte 1 codice di funzione (prefisso “ = ”) individua l’aspetto funzionale dell’elemento dell’impianto elettrico;
  • parte 2 codice di ubicazione (prefisso “ + ”) precisa la posizione fisica del componente;
  • parte 3 codice di prodotto del componente (prefisso “ – ”) indica il tipo di componente;
  • parte 4 codice morsetti (prefisso “ : ”) identifica i morsetti del componente (opzionale).

Ad esempio, il codice di identificazione =QMT1+CB2-Q6:12 indica il morsetto 12 dell’interruttore –Q6 appartenente al quadro di media tensione QMT1 ubicato nella cabina elettrica CB2.

UNITÀ DI MISURA

L’attività di misura è un’operazione che si esegue quotidianamente e spesso anche in modo istintivo: si misura il peso delle merci che si acquistano, la velocità con cui si viaggia, si osserva l’orologio per conoscere l’ora.

Si definisce, pertanto, misura il procedimento mediante il quale si fa corrispondere un numero ad una grandezza fisica. Effettuare una misura significa assegnare ad una grandezza fisica (es. massa, tempo, lunghezza etc.) un valore numerico che indica quante volte l’unità di misura prescelta, a cui si assegna il valore uno, è contenuta nella grandezza fisica da misurare. Ogni grandezza fisica sarà caratterizzata da un numero (la misura) seguita da un simbolo che ricorda l’unità di misura utilizzata per la misurazione.

Al fine di limitare l’uso dei campioni di riferimento per le unità di misura queste sono suddivise in:

  • unità di misura delle grandezze fondamentali;
  • unità di misura delle grandezze derivate.

Per le unità di misura derivate da quelle fondamentali si introduce il concetto di dimensione, ovvero la potenza con cui l’unità di misura fondamentale compare nella unità di misura derivata, cioè, in fisica la parola dimensione denota la natura di una grandezza. I simboli che vengono utilizzati per indicare la dimensione di una grandezza vengono racchiusi da parentesi quadre. L’analisi dimensionale utilizza il fatto che le dimensioni possono essere trattate come quantità algebriche, e quindi le grandezze possono essere sommate o sottratte fra loro solo se hanno le stesse dimensioni.

Il concetto base della fisica è che tutte le equazioni che descrivono un fenomeno devono essere indipendenti dalle unità di misura, cioè le equazioni devono essere dimensionalmente omogenee.

L’insieme delle unità fondamentali e delle leggi fisiche e definizioni da applicare per ottenere le unità di misura derivate costituisce un sistema di unità di misura.

Con il DPR 12/08/1982 n° 802 (G.U. n° 302 del 03/11/1982) è stato per legge adottato anche in Italia il SISTEMA INTERNAZIONALE (S.I.), le cui grandezze fisiche fondamentali sono sette:

Quando l’unità S.I. è troppo grande o troppo piccola per certe misurazioni, si possono usare i multipli o sottomultipli decimali. Per soddisfare le esigenze di tutti gli utilizzatori del sistema S.I. la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM) ha stabilito un certo numero di prefissi con nomi speciali. Il prefisso precede l’unità di misura con la quale forma il multiplo e sottomultiplo; non può essere usato da solo, né si possono usare due prefissi consecutivi.

REGOLE DI SCRITTURA

Nell’elaborazione dei documenti tecnici e grafici che accompagnano un progetto rispettare le regole di scrittura è un obbligo non solo per le prescrizioni contenute nelle norme internazionali ma anche per un chiaro indice di professionalità.

Si riporta di seguito alcune norme internazionali che dettano le regole per la scrittura:

  • ISO/IEC 17000 conformity assessment – vocabulary and general principles;
  • ISO 31 quantities and units;
  • VIM international vocabulary of metrology.

Di seguito vengono riportate alcune regole prescritte dalle precedenti norme:

  • il simbolo dell’unità di misura segue, e non precede, il numero lasciando uno spazio tra il numero e il simbolo ed è scritto con lo stesso carattere. Si scrive 5 m2 e non m25;
  • il prefisso k (chilo) deve essere minuscolo e non maiuscolo. Si scrive 3 kW e non 3 KW oppure 3 Kw;

la separazione tra la parte decimale di un numero e quella intera deve essere fatta con la virgola e non con il punto. Si scrive 45,5 kA e non 45.5 kA; le cifre indicative di un valore numerico possono essere separate a gruppi di tre da uno spazio non dal punto. Si scrive 1500000 oppure 1 500 000 e non 1.500.000.

L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE: QUANDO E PERCHÉ UTILIZZARLO

Un professionista che progetta un impianto elettrico sa, o meglio dovrebbe sapere, che non c’è nessun obbligo normativo, almeno di qualche caso particolare che approfondiremo nelle righe successive di questo articolo, che impone l’uso dell’interruttore differenziale. L’art. 412.5 della norma CEI 64-8 riconosce l’interruttore differenziale, con corrente differenziale nominale d’intervento non superiore a 30 mA, come protezione addizionale contro i contatti diretti in caso di insuccesso delle altre misure di protezione o di incuria da parte degli utilizzatori. Analogamente l’uso dell’interruttore differenziale aumenta la protezione contro i contatti indiretti.

In questo articolo vedremo quando e perché utilizzare un interruttore differenziale.

CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI

I contatti di persone con parti di un impianto o di apparecchiature elettriche in tensione sono distinti in due tipi: contatti diretti e contatti indiretti. Si parla di contatto diretto quando si viene a contatto con parti dell’impianto normalmente in tensione divenuti causalmente accessibili. Dall’altro canto si definisce contatto indiretto il contatto di una persona con parti di impianti o di una apparecchiatura ordinariamente non in tensione che in seguito ad un guasto di isolamento diviene accessibile.

Le misure di protezione contro i contatti diretti si possono riassumere come segue:

  • isolamento delle parti attive;
  • protezione con involucri e barriere;
  • protezione addizionale mediante interruttori differenziali.

I metodi di protezione contro i contatti indiretti sono classificati come segue:

  • protezione mediante interruzione automatica dell’alimentazione;
  • protezione senza interruzione automatica del circuito (doppio isolamento, separazione elettrica, locali isolati, locali equipotenziali);
  • alimentazione a bassissima tensione.

La norma CEI 64-8 prescrive l’interruzione automatica dell’alimentazione ai fini della protezione contro i contatti indiretti. Il dispositivo di protezione deve interrompere automaticamente l’alimentazione in modo che, in caso di guasto, tra una parte attiva ed una massa o un conduttore di protezione, non possa persistere una tensione di contatto presunta superiore alla tensione di contatto limite convenzionale di 50 V in c.a. (25 V in ambienti speciali) per una durata sufficiente a causare un rischio di effetti fisiologici dannosi in una persona in contatto con parti simultaneamente accessibili. Questa misura di protezione richiede il coordinamento tra la modalità di collegamento a terra del sistema e le caratteristiche dei conduttori di protezione e dei dispositivi di protezione.

I dispositivi adatti alla disconnessione automatica dell’alimentazione capaci di rilevare le correnti di guasto a terra sono:

  • interruttori automatici con sganciatore magnetotermico;
  • interruttori automatici con sganciatore elettronico a microprocessore;
  • interruttori automatici con sganciatore elettronico a microprocessore con protezione contro guasto a terra integrata (funzione G);
  • interruttori automatici magnetotermici o elettronici con sganciatore differenziale integrato;
  • interruttori differenziali puri;
  • relè differenziali.

Di seguito si riporta una descrizione dell’interruttore automatico con sganciatore magnetotermico, mentre si rimanda al paragrafo successivo per il funzionamento dell’interruttore differenziale. Le protezioni assicurate dagli interruttori automatici con sganciatore magnetotermico sono:

  • protezione contro i sovraccarichi;
  • protezione contro i cortocircuiti;
  • protezione contro i contatti indiretti.

La protezione contro i sovraccarichi è attuata tramite lo sganciatore termico con una curva di intervento a tempo dipendente ossia con intervento tanto più rapido quanto più grande è la corrente di sovraccarico. La protezione contro i cortocircuiti è attuata tramite lo sganciatore magnetico con una curva di intervento a tempo indipendente ossia con tempo di intervento indipendente dalla corrente di cortocircuito. La protezione contro i contatti indiretti può essere attuata sia tramite lo sganciatore termico sia tramite lo sganciatore magnetico in quanto la corrente di guasto a terra interessa almeno una fase; se tale corrente è sufficientemente elevata può provocare lo sgancio dell’interruttore. Si riporta di seguito una curva di intervento tipica di un interruttore magnetotermico.

Come si vedrà in seguito, occorre coordinare il dispositivo di protezione con il sistema di distribuzione e il modo di collegamento delle masse a terra in modo da intervenire in tempi tali da limitare la durata di permanenza delle tensioni di contatto pericolose presenti nelle masse in seguito al guasto.

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI

Sugli impianti utilizzatori a bassa tensione la protezione dalle tensioni di contatto viene ottenuta coordinando le caratteristiche dell’impianto di terra con quelle di intervento delle protezioni che interrompono automaticamente l’alimentazione in caso di guasto. Quanto segue riguarda sia gli impianti industriali sia gli impianti degli edifici per uso residenziale e terziario.

Un sistema elettrico in bassa tensione viene classificato in funzione dello stato del neutro. La designazione delle diverse condizioni di funzionamento viene effettuata mediante una sigla letterale secondo lo schema seguente:

PRIMA LETTERA – indica la configurazione del sistema di alimentazione verso terra:

  • T: collegamento diretto a terra di un punto;
  • I: isolamento da terra o mediante impedenza.

SECONDA LETTERA – indica la configurazione delle masse rispetto terra:

  • T: collegamento diretto a terra delle masse mediante il conduttore di protezione;
  • N: collegamento delle masse al punto del sistema di alimentazione connesso a terra.

Nel campo della distribuzione elettrica abbiamo le seguenti configurazioni:

  • il sistema TT è tipico per gli impianti industriali e civili ai quali l’energia elettrica viene fornita direttamente in bassa tensione;.
  • il sistema TN è invece generalmente utilizzato per gli impianti industriali con propria cabina di trasformazione MT/BT e con fornitura dell’energia in media tensione;
  • il sistema IT è infine usato su alcuni impianti che richiedono elevata continuità di esercizio (applicazione molto meno frequente delle precedenti).

La norma CEI 64-8 stabilisce le tensioni di contatto tollerate dal corpo umano e prescrivono anche il tempo massimo entro il quale l’intervento delle protezioni deve eliminare il guasto a terra.

ANALISI DEI GUASTI A TERRA NEI VARI SISTEMI ELETTRICI

SISTEMA TT

Nello schema seguente è schematizzato il guasto a terra in un sistema TT.

La corrente di guasto a terra, Ig, in un sistema TT è limitata dalle resistenze di terra della cabina dell’Ente Distributore, RT1, e dalla resistenza di terra dell’utente, RT2:

I_{g}=\frac{U_{0}}{\left(R_{T1}+R_{T2}\right)}

Per fare in modo che le masse non assumano per un tempo indefinito una tensione superiore a 50 V per ambienti ordinari e 25 V per ambienti speciali (cantieri e locali adibiti ad uso medico) la resistenza dell’impianto di terra dell’utente deve soddisfare la seguente condizione:

R_{T}\leq{\displaystyle \frac{50}{I}}

Dove con I è indicato la corrente di intervento in non più di 5 s del dispositivo di protezione.

In pratica ipotizzando che all’ingresso di ogni unità abitativa è installato un interruttore magnetotermico per la protezione dai sovraccarichi e dai cortocircuiti si dovrebbe realizzare un impianto di terra dell’utente, RT2, (la resistenza dell’impianto di terra della cabina dell’Ente Distributore RT1 è fissata e pertanto immodificabile) in modo tale da dar luogo a una corrente di guasto sufficientemente elevata per provocare l’intervento del dispositivo di protezione in un tempo che elimini rapidamente, entro i 5 s, la situazione di pericolo. Dall’analisi di un interruttore magnetotermico risulta che la corrente di intervento è compreso tra 3 e 7 volte la corrente nominale dell’interruttore stesso, In. Supponiamo di considerare un interruttore magnetotermico con In pari a 16 A e considerando che la corrente di intervento sia pari a 3In otteniamo:

R_{T2}= \frac{50}{3In}= \frac{50}{48}=1,04\Omega

Valore di resistenza di terra difficilmente realizzabile nella pratica quotidiana.

Contrariamente utilizzando un interruttore magnetotermico differenziale ad alta sensibilità, Idn = 30 mA, e riformulando i calcoli della resistenza di terra otteniamo:

R_{T2}= \frac{50}{Idn}= \frac{50}{0,03}=1667\Omega

Quindi affinché la tensione di contatto resti nei limiti stabiliti dalla norma bisogna realizzare un impianto di terra dell’utente con resistenza di terra con valore non superiore a 1667 Ω valore facilmente ottenibile nelle comuni installazioni.

In definitiva è possibile affermare che in un sistema TT la protezione dalle tensioni di contatto è assicurata solo con l’utilizzo dell’interruttore differenziale.

SISTEMA TN

Nello schema seguente è schematizzato il guasto a terra in un sistema TN.

La corrente di guasto a terra in un sistema TN non si disperde nel terreno, caso del sistema TT, ma si richiude al centro stella del trasformatore MT/bt attraverso il conduttore di protezione PE. Pertanto in un sistema TN un guasto franco a terra è paragonabile ad un cortocircuito monofase a terra e quindi per la protezione dai contatti indiretti è possibile utilizzare interruttori automatici e fusibili. In entrambi i casi l’interruzione dell’alimentazione deve avvenire in un tempo sufficientemente breve.

In definitiva affinché si possono realizzare le condizioni di protezione imposte dalla norma CEI 64-8 deve risultare verificata la seguente condizione:

Z_{s} I_{a} \leq U_{0}

dove:

Zs =   impedenza dell’anello di guasto che comprende la sorgente, il conduttore attivo fio al punto di guasto con impedenza Zf e il conduttore di protezione tra il punto di guasto e la sorgente con impedenza Zp, espressa in ohm;

Ia =    corrente che provoca l’interruzione automatica del dispositivo di protezione espresso in ampere.

Il tempo di interruzione varia in funzione della tipologia dei circuiti. Per i circuiti di distribuzione (circuiti che alimentano i quadri di distribuzione o fanno da dorsali a più circuiti terminai) si ammette un tempo di interruzione ≤ 5 s. Altresì per i circuiti terminali che alimentano direttamente o tramite presa a spina apparecchi trasportabili, mobili o portatili i tempi di interruzione stabiliti dalla norma CEI 64-8 sono definiti in funzione della tensione nominale di fase U0 e sono raggruppati nella seguente tabella:

Dall’analisi della precedente condizione è evidente che in corrispondenza di ogni massa in un sistema TN l’impedenza Zs a fondo linea di ogni circuito, sia essa calcolata in fase di progetto o verificata in fase di collaudo, deve assumere un valore tale che la corrente di guasto a terra generata assuma un valore che determini l’intervento del dispositivo di protezione in un tempo minore a quello suindicato in base al tipo di circuito.

Nei sistemi TN l’utilizzo degli interruttori differenziali non sono indispensabili per la protezione delle persone dai contatti indiretti. Infatti alcuni progettisti impiegano sistematicamente gli interruttori differenziali nei sistemi TN in quanto, a dir loro, conseguono, in teoria, una maggiore sicurezza. Contrariamente nella pratica ottengono l’effetto contrario in quanto dopo i primi interventi intempestivi dell’interruttore differenziale gli stessi vengono shuntati (vengono bloccati in posizione di chiuso con il nastro isolante) con il risultato di non garantire l’interruzione automatica dell’alimentazione, così come previsto dalla norma CEI 64-8, in quanto non è stato a priori calcolato l’impedenza dell’anello di guasto a fondo linea affinché fosse soddisfatta la condizione:

\frac{ U_{0} }{ Z_{s} } \geq I_{a}

Nei sistemi TN gli interruttori differenziali vanno impiegati solo in casi particolari come ad esempio in circuiti di piccola sezione e molto lunghi in cui non sia possibile soddisfare la condizione precedente.

SISTEMA IT

Nello schema seguente è schematizzato il guasto a terra in un sistema IT.

Un guasto a terra di una fase determina una corrente Id che si richiude sulle altre due fasi tramite le resistenze di isolamento e le loro capacità verso terra. La massa assume la tensione REId. La corrente Id aumenta con l’estensione del sistema elettrico, ma è comunque dell’ordine degli ampere.

Per realizzare le condizioni di protezione imposte dalle Norme deve essere:

R_{T} I_{d} \leq 50

dove

RT = resistenza del dispersore al quale sono collegate le masse;

Id = corrente di guasto nel caso di primo guasto a terra.

Un primo guasto a terra determina la circolazione di una piccola corrente capacitiva che soddisfa la relazione precedente facendo assumere alle masse una tensione al massimo di 50 V che, per la Norma CEI 64-8, può permanere per un tempo indefinito. Pertanto il sistema IT viene adottato quando per motivi di continuità del servizio si vuole evitare l’apertura del circuito al primo guasto a terra. Il sistema elettrico di una sala operatoria è un esempio tipico di un sistema di tipo IT (in questo caso viene definito IT-M, cioè un sistema IT medicale).

Se si stabilisce un secondo guasto a terra la situazione corrisponde ad un cortocircuito bifase a terra alimentato dalla tensione concatenata e la corrente di cortocircuito viene interrotta dai dispositivi di protezione contro le sovracorrenti.

Pertanto in un sistema IT gli interruttori differenziali non sono necessari infatti possono compromettere con scatti intempestivi quella stessa continuità di esercizio che ha indotto a scegliere il sistema IT.

La norma impone un dispositivo di controllo dell’isolamento per interrompere tempestivamente e in un tempo ragionevolmente breve il primo guasto a terra.

FUNZIONAMENTO DELL’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE

L’interruttore differenziale è un dispositivo formato da un apparecchio di manovra e da uno sganciatore differenziale di protezione in grado di aprire un circuito quando si manifesta una differenza tra le correnti nei conduttori superiore a un determinato limite in seguito a un guasto a terra.

In condizioni nomali le correnti che circolano nelle bobine T sono percorse in senso opposto da correnti uguali e la loro azione magnetizzante sul nucleo toroidale è nulla. Quando si manifesta una corrente di guasto a terra IF le due correnti diventano diverse tra loro e nasce una f.m.m. (forza magnetomotrice) differenziale che magnetizza il nucleo creando un flusso magnetico variabile sinusoidalmente che crea una tensione indotta nella bobina differenziale. All’aumentare della differenza tra le correnti aumenta anche tale tensione per cui superato un determinato valore limite l’organo di comando determina l’apertura dell’interruttore.

TIPI DI INTERRUTTORI DIFFERENZIALI

Nel caso in cui la corrente verso terra non è sinusoidale ma unidirezionale il funzionamento dell’interruttore differenziale è alterato e pertanto potrebbe non intervenire. In relazione alla forma d’onda che un interruttore differenziale può rilevare si possono individuare le seguenti tipologie di interruttori differenziali:

  • tipo AC: solo per corrente alternata;
  • tipo A: per corrente alternata e/o pulsante con componenti continue;
  • tipo B: per corrente alternata e/o pulsante con componenti continue e corrente di guasto continue;
  • tipo F: per correnti di dispersione a frequenza variabile non rilevabili dai tipo AC e A.

EFFETTI FISIOPATOLOGICI DELLA CORRENTE ELETTRICA SUL CORPO UMANO

Conoscere gli effetti fisiopatologici che la corrente elettrica produce sul corpo umano è necessario al fine di definire i requisiti relativi alla sicurezza elettrica e quindi le caratteristiche dei sistemi di protezione contro i contatti indiretti. La percezione della corrente elettrica e dei relativi effetti, quando questa attraversa il corpo umano, in seguito all’applicazione di una differenza di potenziale tra due punti, avvengono con valori di corrente diversi dipendenti sia da fattori soggettivi (sesso, massa corporea, stato di salute) sia a quelli legati alle caratteristiche della corrente stessa (intensità, frequenza, forma d’onda). Per questa ragione che i valori dell’intensità di corrente che vengono associati ai vari effetti sono da considerare valori medi ottenuti da risultati sperimentali effettuate su animali, esseri viventi e cadaveri.

PREMESSA

La norma CEI 64-18 edizione 2011 “Effetti della corrente attraverso il corpo umano e degli animali domestici. Parte 1: aspetti generali.” fornisce, sulla base di dati statistici estrapolati da misure effettuate su animali, esseri viventi e cadaveri, le curve di pericolosità della corrente e quelle di sicurezza della tensione.

La norma CEI 64-18 definisce:

  • soglia di percezione: il valore minimo di corrente che causa una sensazione alla persona attraverso cui fluisce la corrente;
  • soglia di rilascio: il massimo valore di corrente per cui una persona può lasciare gli elettrodi con i quali è in contatto;
  • soglia di fibrillazione ventricolare: il valore minimo di corrente che provoca la fibrillazione ventricolare.

Gli effetti più frequenti e più importanti che la corrente elettrica produce sul corpo umano sono fondamentalmente quattro:

  • tetanizzazione;
  • arresto della respirazione;
  • fibrillazione ventricolare;
  • ustioni.

Il fenomeno della tetanizzazione consiste nella contrazione involontaria dei muscoli interessati al passaggio di corrente non consentendo, nella forma più grave, all’infortunato di poter riuscire ad allontanarsi dall’elemento in tensione superando in questo modo la soglia di rilascio che in corrente alternata alla frequenza di 50 Hz assume il valore di 10 mA. A questo punto il contatto permane nel tempo determinando fenomeni di asfissia, svenimenti e stato di incoscienza. La tetanizzazione è causa del 10% delle morti per folgorazione. L’arresto della respirazione si verifica quando il fenomeno della tetanizzazione interessa i muscoli coinvolti nella respirazione, ossia per correnti superiori a 20÷30 mA, determinando perdita di conoscenza e soffocamento.

L’arresto della respirazione è causa del 6% delle morti per folgorazione. Gli impulsi elettrici generati dai centri nervosi in condizioni normali costituiscono ordini di azionamento trasmessi al muscolo cardiaco, se altri impulsi elettrici estranei si sovrappongono ai primi, il cuore in mancanza di ordini coordinati si contrarrà in maniera caotica e disordinata determinando il fenomeno della fibrillazione ventricolare, responsabile del 90% delle morti per folgorazione. I valori di corrente che producono questo effetto (soglia di fibrillazione) vengono associati alla probabilità che si inneschi la fibrillazione. Il valore di soglia, espressi in mA, con la probabilità pari allo 0,5% di indurre fibrillazione in soggetti di massa 70 kg per una corrente alternata con frequenza di 50 Hz è legato alla durata t del contatto dalla seguente relazione:

I=\frac{\left(165\div185\right)}{\sqrt{t}}

La soglia di fibrillazione dipende anche dal percorso della corrente risultando minore (maggiore pericolosità) per i percorsi caratterizzati da una maggiore densità di corrente nella regione cardiaca.

Si definisce fattore di percorso il rapporto:

F=\frac{I_{rif}}{I}

Dove I_{rif} e I sono rispettivamente le intensità di corrente, aventi la stessa probabilità di innescare la fibrillazione, relative al percorso di riferimento (mano sinistra – piedi) e a quello considerato.

Nella Figura seguente si riportano i fattori di percorso per alcuni percorsi tipici della corrente. Si osserva come il percorso più pericoloso nei confronti della fibrillazione ventricolare risulta è quello “mano sinistra – torace”. Un altro rischio importante collegato all’impiego dell’elettricità è legato alle ustioni, molto frequenti in ambiente domestico e soprattutto industriale.

Il passaggio della corrente sul corpo umano è accompagnato da sviluppo di calore per effetto Joule e quindi da un aumento di temperatura in particolare nella parte in cui è avvenuto il contatto con l’elemento disperdente. La Figura mostra la relazione tra le alterazioni della pelle umana e la densità di corrente, espressa in \textrm{mA/mm}^{2}, in funzione della durata del passaggio di corrente.

  • per valori inferiori di 10 \textrm{mA/mm}^{2} non sono state osservate modifiche della pelle (zona 0);
  • per valori compresi tra 10 \textrm{mA/mm}^{2} e 20 \textrm{mA/mm}^{2} si verifica un arrossamento della pelle con un rigonfiamento di colore biancastro lungo i bordi dell’elettrodo (zona 1);
  • per valori compresi tra 20 \textrm{mA/mm}^{2} e 50 \textrm{mA/mm}^{2} si manifesta un colore brunastro al di sotto degli elettrodi che si estende sulla pelle. Per durate maggiori della corrente si osservano marchi elettrici attorno all’elettrodo (zona 2);
  • per valori superiori a 50 \textrm{mA/mm}^{2} si può verificare la carbonizzazione della pelle (zona 3).

CURVE DI PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE

PERICOLOSITÀ DELLE CORRENTI SINUSOIDALI

Nella Figura sono riassunte gli effetti principali prodotti dalla corrente elettrica alternata (15÷100 Hz) in funzione del tempo per cui fluisce attraverso il corpo umano. Le curve rappresentate nella figura suddividono il diagramma in 4 zone di pericolosità della corrente elettrica. Nella zona AC-1, sino al valore di 0,5 mA (curva a), si è al di sotto della soglia di percezione. Nella zona AC-2, delimitata dalla curva a e dalla curva b, non si hanno in genere effetti fisiologici pericolosi. Nella zona AC-3, oltre la curva b, si hanno effetti patofisiologici che aumentano con l’intensità di corrente e con il tempo come ad esempio forti contrazioni involontarie dei muscoli, difficoltà di respirazione. Nella zona AC-4 è probabile l’innesco della fibrillazione ventricolare: nella zona AC-4.1, delimitata dalle curve c1-c2, la probabilità di fibrillazione ventricolare aumenta sino a circa il 5%, nella zona AC-4.2, delimitata dalle curve c2-c3, la probabilità aumenta sino a circa il 50% e nella zona AC-4.3, oltre la curva c3, la probabilità supera il 50%.

Nella Figura [fig:Effetti-prodotti-dalla-1], analogamente, sono riassunte gli effetti principali prodotti dalla corrente elettrica in continua. Nella zona DC-1 si è al di sotto della soglia di percezione. Nella zona DC-2 non si hanno effetti fisiologici pericolosi. Nella zona DC-3 sono possibili contrazioni muscolari e perturbazioni reversibili nella formazione e trasmissione degli impulsi elettrici del cuore. Nella zona DC-4 è probabile l’innesco della fibrillazione ventricolare. La curva c1 indica la soglia di fibrillazione ventricolare e si riferisce a correnti continue ascendenti, cioè dirette dai piedi verso la testa. Le correnti discendenti sono meno pericolose e i valori di corrente della curva c1 devono essere raddoppiati.

PERICOLOSITÀ DELLE CORRENTI NON SINUSOIDALI

Nella diffusione sempre maggiore dei dispositivi elettronici, come ad esempio per la regolazione della potenza (inverter), computer e UPS, le correnti di forma d’onda non sinusoidale sono sempre più diffuse. Nella figura seguente sono riportate alcuni esempi di forme d’onde di corrente (continua, alternata e combinazioni con diversi rapporti tra c.a. e c.c..

Si definiscono i seguenti valori di corrente:

I_{eff} = valore efficace della coerente avente forma d’onda risultante;

I_{p} = valore massimo della coerente avente forma d’onda risultante;

I_{pp} = valore picco – picco della coerente avante forma d’onda risultante;

I_{ev} = valore efficace di una corrente sinusoidale che presenta lo stesso rischio, per quanto riguarda la fibrillazione ventricolare, di una corrente avente forma d’onda considerata.

Per durate di contatto superiori ad un ciclo cardiaco, cioè più di 1,5 T_{C}, dove T_{C} è il periodo cardiaco, la soglia di fibrillazione per la corrente continua è diverse volte superiore a quella per la corrente alternata infatti otteniamo:

I_{ev}=\frac{I_{pp}}{2\sqrt{2}}

Per durate inferiori a 200 ms (0,75 T_{C}), la soglia per la fibrillazione è all’incirca la stessa della corrente alternata, misurata in valore efficace, infatti si ha

I_{ev}=\frac{I_{p}}{\sqrt{2}}

In definitiva se il valore efficace della componente sinusoidale è inferiore al 10% della componente continua la corrente è da considerarsi, ai fini della pericolosità, come una corrente continua.

CURVE DI SICUREZZA DELLA TENSIONE

INTRODUZIONE

Nella pratica più che alle correnti pericolose ci si riferisce alle tensioni pericolose. Sia le tensioni che le correnti pericolose sono legate tra loro attraverso la ben nota legge di Ohm per il tramite della serie della resistenza del corpo umano R_{B} e della resistenza della persona verso terra R_{EB} quando durante un guasto d’isolamento la persona stessa è attraversata da una corrente I_{B} ed è sottoposta ad una tensione di contatto U_{T}. Nel ricavare la curva di sicurezza tensione – tempo ci si riferisce al percorso mani – piedi di una persona che tocca con entrambe le mani un apparecchio elettrico ed ha i due piedi a contatto con la terra. Il valore R_{B} = 1000 Ω è stato assunto come resistenza convenzionale del corpo umano in condizioni ordinarie e R_{B} = 200 Ω in condizioni particolari, per la definizione di alcune procedure di prova delle tensioni di contatto.

IMPIANTI UTILIZZATORI IN BASSA TENSIONE

Negli impianti utilizzatori in bassa tensione, conformemente alla norma CEI 64-8, si fa riferimento alla tensione di contatto a vuoto U_{vT} e si definisce tensione di contatto a vuoto ammissibile U_{vTP} tutti i valori della tensione U_{vT} la cui durata non creano effetti pericolosi. Nella seguente figura sono riportate le curve di sicurezza determinate in condizione ordinarie e in condizioni particolari.

Dall’esame delle curve di sicurezza si evince che all’aumentare della durata del contatto diminuisce il valore della tensione di contatto a vuoto ammissibile U_{vTP} in quanto aumenta la pericolosità della coerente. In accordo con la norma CEI 64-8 si definisce tensione di contatto limite convenzionale U_{L} il massimo valore della tensione di contatto a vuoto che è possibile mantenere per un tempo indefinito in condizione ordinarie pari al valore di 50 V e in condizioni particolari pari al valore di 25 V.

IMPIANTI UTILIZZATORI CON TENSIONE SUPERIORE A 1000 V

Per gli impianti utilizzatori con tensione superiore a 1000 V si fa riferimento alla norma CEI EN 50522 “Messa a terra degli impianti elettrici a tensione superiore a 1 kV in c.a.” pubblicata nel 2011 abrogando la norma CEI 11-1. Tale norma prende in considerazione la tensione di contato ammissibile U_{TP}. Nella seguente figura è riportato l’andamento delle tensioni di contatto ammissibili U_{TP} per correnti di breve durata. Si riporta di seguito i valori di U_{TP} per i tempi di guasto t_{F} più comuni. Per guasti di durata maggiore di 10 s si può considerare come valore di U_{TP} pari a 80 V.

I 4 MIGLIORI SOFTWARE DI PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI GRATUITI (SOFTWARE ENGINEER)

PREMESSA

In questo articolo voglio proporre i 4 migliori, secondo il mio punto di vista, software di progettazione di impianti elettrici gratuiti (software engineer). Una premessa comunque è d’obbligo. Sul web ho incontrato tanti articoli del genere, ma con una differenza sostanziale, parlavano di software di progettazione di circuiti elettronici, pertanto chiariamo subito la differenza. Negli impianti elettrici, siano essi di tipo civile o industriale, le potenze in gioco sono dell’ordine dei kW, mentre nei circuiti elettronici le potenze in gioco al massimo arrivano al watt. Fatta questa premessa passiamo ad elencare i 4 migliori software di progettazione degli impianti elettrici:

  • iproject della Schneider Electric;
  • DOC della ABB;
  • PBT-Q della Gewiss;
  • TiSystem della bTicino.

Tutti i software elencati hanno delle caratteristiche in comune:

  • monomarca: si possono scegliere solo prodotti di quella singola marca;
  • quadri elettrici: si progetta l’impianto a partire dal quadro/centralino elettrico;
  • bassa tensione: si possono progettare impianti di bassa tensione;
  • sistema elettrico: si possono progettare impianti utilizzando i sistemi TT e TN (per l’approfondimento dell’argomento vi rimando alla lettura dell’articolo L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE in cui parlo anche dei vari sistemi elettrici).

IPROJECT della SCHNEIDER ELECTRIC

Link alla home page del software.

iProject è distribuito dalla Schneider Electric e nel momento in cui scrivo questo articolo è arrivato alla versione 6.1. Il SW è gratuito, ma una volta scaricato ed installato vi richiede la sottoscrizione e l’accettazione ai termini di utilizzo del SW. Il SW permette non solo la progettazione degli impianti elettrici in bassa tensione, ma anche quelli in media tensione e soprattutto permette una progettazione integrata con altre tipologie di impianti: Building Automation, Regolazione Meccanica, Illuminazione di emergenza e Sistemi di continuità. Relativamente alla sola progettazione degli impianti elettrici in bassa tensione è possibile notare la facilità d’uso e di apprendimento. Negli anni ha fatto passi avanti incredibili, ora è possibile progettare un semplice impianto civile fino ad arrivare a quelli più complessi potendo inserire trasformatori, gruppi elettrogeni e gruppi di continuità suddividendo i quadri in scomparti alimentati dalla singola fonte di energia (scomparto normale alimentato dal trasformatore, scomparto privilegiato alimentato dal gruppo elettrogeno e lo scomparto vitale alimentato dal gruppo di continuità). Il SW utilizza una interfaccia user frendly molto efficace ed intuitiva. Il SW fornisce, come documentazione di output, gli schemi unifilari in formato CAD (ATTENZIONE! Bisogna installare preventivamente un plug in per la conversione) e in formato pdf, un dossier dei calcoli elettrici in formato docx, un computo metrico in formato excel e un capitolo tecnico in formato docx. Il SW iproject combinato con quello di preventivazione eXteem fornisce un pacchetto completo per la progettazione degli impianti elettrici.

DOC dell’ABB

Link alla home page del software.

DOC è il programma di ABB SACE per il disegno e il calcolo di schemi unifilari di impianti elettrici in bassa e media tensione, per la scelta dei dispositivi di manovra e protezione e per la verifica e il coordinamento delle protezioni. DOC è l’unico, tra quelli scelti, che può definirsi allo stesso livello di iProject della Schneider Electric. Il DOC permette la progettazione degli impianti elettrici in media e bassa tensione. Inoltre, a differenza di iProject della Schneider Electric, questo SW permette di disegnare direttamente lo schema elettrico attraverso una interfaccia molto simile a quella di AutoCad. Per la preventivazione bisogna installare il SW CAT. Anche il DOC permette di stampare gli schemi unifilari in formato dwg e tutta la documentazione di progetto (report delle verifiche).

PBT-Q della Gewiss;

Link alla home page del software.

Il SW PBT-Q della Gewiss permette di progettare solo impianti di bassa tensione. Questo SW è molto semplice nell’utilizzo e pertanto lo consiglio a chi è alle prime armi nell’utilizzo dei SW per la progettazione degli impianti elettrici. Rispetto ai SW precedenti PBT-Q permette la configurazione della carpenteria in modo automatico e la preventivazione tutto in un unico SW. Anche questo SW permette di esportare gli schemi unifilari e tutta la documentazione di progetto in vari formati (xls, rtf, pdf, txt, html e dxf).

TiSystem della bTicino

Link alla home page del software.

TiSystem della bTicino come grafica dell’interfaccia e delle funzioni è molto simile al SW PBT-Q della Gewiss. Questo SW è molto semplice nell’utilizzo e pertanto lo consiglio a chi è alle prime armi nell’utilizzo dei SW per la progettazione degli impianti elettrici. Rispetto al SW della Gewiss TiSystem non permette la configurazione della carpenteria in modo automatico e la preventivazione tutto in un unico SW è necessario installare TiQuadri per la configurazione della carpenteria e TiPre per la preventivazione. Anche questo SW permette di esportare gli schemi unifilari e tutta la documentazione di progetto in vari formati (xls, rtf, pdf, txt, html e dxf).

ATTENZIONE! Voglio segnalare un problema. Una volta installato il SW non riuscivo più ad aprire i SW della suite office 365.

CONCLUSIONI

TiSystem della bTicino è stato il primo che ho utilizzato durante tutta la mia carriera professionale, ma subito dopo, una volta preso confidenza e notando tutti i limiti, sono passato prima al DOC e successivamente al iProject. Il consiglio che vi posso dare è quello di utilizzare tutti, almeno i primi 3, e tra questi scegliere quello più adatto a voi.

Ultimo consiglio! Anche se i SW elencati in questo articolo sono i migliori sul mercato non possono mai sostituire il vostro cervello e la vostra conoscenza della materia, pertanto, accertatevi sempre che i calcoli siano esatti.

Oggi, solo in alcuni casi, utilizzo iProject in quanto la mia evoluzione professionale mi ha portato ad utilizzare un SW multimarca a pagamento, ma questo sarà argomento di un successivo articolo.