Guida impianto elettrico PARTE 2

Progetto di un impianto elettrico civile: descrizione e progettazione dei componenti elettrici, centralino elettrico, simboli elettrici e schema unifilare

In questo nuovo focus di Biblus-net dedicato alla progettazione elettrica forniamo una guida completa all’impianto elettrico per civile abitazione che sarà corredata da una serie di strumenti operativi (piante, schemi, file di esempio, link per scaricare software di progettazione).

La guida completa è suddivisa in 4 parti così strutturate:

  1. PARTE 1: criteri progettuali, livelli progettuali, schemi esemplificativi e norme di riferimento
  2. PARTE 2: progettazione componenti elettrici, simboli e schema unifilare
  3. PARTE 3: esempi pratico di progetto elettrico per civile abitazione
  4. PARTE 4: progettazione dell’impianto con l’ausilio del software

In occasione dell’ultima uscita sarà proposta anche la guida completa in formato PDF.

Progetto di un impianto elettrico civile

La distribuzione dell’energia elettrica avviene in:

  • alta tensione
  • media tensione
  • bassa tensione.

Gli impianti elettrici per civile abitazione sono alimentati in bassa tensione. In particolare è possibile avere sistemi monofase e trifase.

circuiti monofase presentano le seguenti caratteristiche:

  • una fase (230 V)
  • il neutro
  • un cavo per la messa a terra.

I circuiti trifase invece:

  • 3 fasi (400 V)
  • il neutro
  • un cavo per la messa a terra.

In genere il sistema trifase si preferisce per potenze superiori ai 6 kW o per particolari condizioni di progetto.

 

Questa immagine rappresenta il sistema monofase e quello trifase

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.

Fase preferibilmente nero, marrone e grigio L'immagine rappresenta i tre cavi di fase di colore nero, marrone e grigio
Neutro è obbligatorio utilizzare cavi di colore blu chiaro L'immagine rappresenta il cavo di neutro di colore blu chiaro
Protezione è obbligatorio utilizzare cavi giallo-verde L'immagine rappresenta il cavo di messa a terra di colore giallo-verde

 

Tipologia di impianto elettrico

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:

  • TT
  • TN
  • IT.

La prima lettera fornisce informazioni sulla posizione del cavo di neutro lato distribuzione:

  • T, il cavo neutro è collegato a terra
  • I, il cavo neutro è isolato da terra.

La seconda lettera definisce come sono collegate le masse degli utilizzatori:

  • T, le masse sono collegate a terra
  • N, le masse sono collegate al neutro.

 Dunque, nel sistema:

  • TN: il neutro è collegato direttamente a terra. IN particolare è possibile avere le seguenti configurazioni:
    • TN-S: il neutro e il cavo PE sono separati
    • TN-C: le masse sono collegate al neutro mediante PE
  • TT: il neutro è collegato direttamente a terra e gli elementi utilizzatori sono connessi tramite il cavo PE a terra
  • IT: il neutro è isolato oppure collegato a terra tramite un’impedenza mentre le masse vengono connesse a terra.

L'immagine rappresenta i vari tipi di sistema TN-C, TN-S, TT, IT

 

I sistemi di distribuzione più utilizzati nel caso residenziale sono i sistemi TT e TN.

Criteri generali sul dimensionamento di un impianto elettrico per civile abitazione

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.

Corrente di impiego

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 Vcos φ)

  • Ku è il coefficiente di utilizzazione moltiplicativo della potenza nominale di ciascun carico e assume valori compresi tra [0,1]
  • P è la potenza totale dei carichi [Watt]
  • k è uguale a:
    • 1 per i circuiti monofase
    • √3 per circuiti trifase
  • Vn è il valore efficace della tensione nominale del sistema [V]
  • φ è il fattore di potenza.

Se il circuito di distribuzione alimenta più circuiti derivati non tutti terminali, la corrente di impiego può calcolarsi con la seguente formula:

IB=K(I1d,1+…+I1d,n)

Con:

  • Kc è il coefficiente di contemporaneità moltiplicativo dei circuiti derivati simultaneamente utilizzati
  • I1d,1 è il fasore della corrente del j-mo circuito derivato.

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:

  • dalla capacità di tollerare certe temperature
  • dalla resistività
  • dalla sezione del cavo
  • dal tipo di posa come indicato nelle norme CEI-UNEL 35024-1.

La portata del cavo Iz deve essere sempre maggiore della corrente di impiego Ib.

Il dimensionamento del cavo dipende anche dal tipo di posa.

Dimensionamento del montante

Il montante è il condotto che collega contatore a centralino elettrico (quadro elettrico).

Il montante deve avere una sezione minima di 6 mm².

Nel dimensionare il montante bisogna valutare sia la potenza dell’impianto che le cadute di tensione possibili.

È buona norma sovradimensionare leggermente la sezione di questo elemento per poter facilitare futuri incrementi di potenza.

Questa immagine rappresenta il collegamento fra la cabina di trasformazione, il contatore, il quadro elettrico e l'utenza

 

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

ΔVc%= ΔVc/ Vn [V]

dove:

  • ΔVc= caduta di tensione del cavo [V]
  • = 2 per circuiti monofase, √3 per circuiti trifase
  • 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= tensione nominale [V]

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.

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)

Nei circuiti monofase la sezione del neutro deve avere almeno la stessa sezione dei conduttori di fase, qualunque sia la sezione dei conduttori.

Per i circuiti trifase valgono le prescrizioni descritte in tabella.

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 mme può essere minore della sezione della fase

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:

  • è uguale a quella dei conduttori di fase, non è necessario prevedere la rilevazione delle sovracorrenti o un dispositivo di interruzione sul conduttore
  • è minore di quella della fase, bisogna invece garantire l’interruzione dei conduttori di fase ma non necessariamente di quello 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.

Dimensionamento del conduttore di protezione

Il conduttore di protezione PE serve per proteggere dai contatti indiretti i seguenti elementi:

  • masse
  • masse estranee
  • collettore o nodo di terra
  • dispersore
  • punto di terra della sorgente o neutro artificiale.

Le sezioni minime dei conduttori di protezione non devono essere inferiori ai valori in tabella.

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

 

S= Sezione dei conduttori di fase
SPE = Sezione dei conduttori di protezione

Centralino 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:

  • alle prese
  • alle luci
  • agli interruttori
  • alle apparecchiature terminali.

L'immagine rappresenta un centralino elettrico collegato alle principali linee di un'abitazione: interruttori e luci, prese e linea cucina

 

La norma CEI 64-8 stabilisce la necessità di prevedere:

  • un numero di moduli di riserva liberi, almeno il 15% e in ogni caso almeno due moduli liberi per far fronte a futuri ampliamenti
  • un interruttore generale chiaramente individuabile
  • almeno due interruttori differenziali
  • un numero minimo di circuiti, in funzione del livello prestazionale
  • una morsettiera di terra.

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.

Questa immagine rappresenta un quadro elettrico con le etichette poste sotto ogni linea

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.

L’interruttore differenziale 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.

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.

Sovracorrenti

Ogni corrente che supera il valore nominale, ovvero la portata del cavo, si definisce sovracorrente.

Tra i fenomeni di sovracorrente si annoverano:

  • fenomeni di sovraccarico
  • fenomeni di cortocircuito.

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.

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:

  • I In≤Iz
  • If≤1.45 Iz

La corrente di impiego IB deve essere sempre minore della corrente nominale In (o portata del dispositivo di protezione) a sua volta minore della corrente Isopportabile dal cavo in regime permanente.

If invece è la corrente convenzionale di funzionamento del dispositivo di protezione che provoca il suo intervento entro un tempo convenzionale.

 

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.

 

 

Ad oggi la tipologia di elemento più utilizzata per le sovracorrenti è l’interruttore magnetotermico, costituito da un interruttore magnetico ed uno termico.

Simboli di un impianto elettrico civile

Il documento grafico di un impianto elettrico per civile abitazione è uno schema che:

  • illustra la composizione dell’impianto
  • descrive la funzione di ogni componente
  • descrive l’ubicazione dei componenti all’interno degli edifici.

È molto importante avere un codice unico di simboli da utilizzare all’interno del disegno di un progetto. Un codice univoco rende accessibile la lettura della documentazione a tutti i tecnici che lavorano alla progettazione.

I principali simboli utilizzati in ambito civile sono suddivisi in diverse categorie:

  • comandi 1
  • comandi 2
  • prese di energia e TV
  • prese telefono ed EDP
  • rivelazione e regolazione
  • segnalazione
  • sistema antintrusione
  • controllo accessi
  • diffusione sonora
  • varie: apparecchi di illuminazione
  • apparecchi generici: centralini, quadri, scatole da incasso e da parete.

Possiamo ulteriormente distinguere i simboli tra:

  • segni grafici per schemi, utilizzati nella rappresentazione grafica del quadro elettrico (schema unifilare)
  • segni grafici per disegni, utilizzati all’interno dello schema della pianta del progetto.

Riportiamo in una tabella i simboli CEI principalmente utilizzati per il disegno e la progettazione di impianti elettrici civili.

 

Segni grafici per disegni per impianti elettrici civili
interruttore L’interruttore è un dispositivo in grado di consentire o meno il passaggio della corrente elettrica.
Viene interrotta solo l’alimentazione della fase del circuito.
interruttore bipolare L’interruttore bipolare interrompe l’alimentazione sia della fase che del neutro del circuito.
pulsante Il pulsante ha la stessa funzione dell’interruttore ma è provvisto di una molla che lo riporta alla posizione di partenza.
Viene utilizzato soprattutto negli impianti con il Relè.
deviatore unipolare Il deviatore elettrico ha funzione simile all’interruttore ma consente l’accensione dei dispositivi da minimo 2 punti differenti.
invertitore L’invertitore presenta quattro contatti e viene utilizzato quando si deve accendere/spegnere una o più luce da più punti diversi.
presa Collega le apparecchiature esterne al circuito elettrico. È la più utilizzata per il collegamento di elettrodomestici, televisioni, computer, etc.
presa 2P+T 10 A
presa 2P+T 16 A
presa Schuko Collega apparecchiature esterne al circuito elettrico con spina anch’essa Schuko, definita come CEE 7/4.
lampada Apparecchiatura utilizzata per l’illuminazione degli ambienti.
lampada a parete Apparecchiatura utilizzata per l’illuminazione degli ambienti, installata a parete.
presa antenna TV Consente il collegamento dell’antenna con il collegamento del televisore.
presa telefonica Consente il collegamento al cavo per il collegamento del telefono di casa.
relè Consente di aprire o chiudere un circuito.
quadro elettrico
dispersore di terra
pozzetto

 

Segni grafici per schemi per impianti elettrici civili
magnetotermico differenziale È un dispositivo di sicurezza che, in caso di guasto verso terra, interrompe il flusso elettrico di energia in un circuito elettrico.
differenziale puro
automatico magnetotermico
contatto NA Indica il comando Normalmente Aperto
contatto NC Indica il comando Normalmente Chiuso
dispersione di terra

 

Scarica i simboli elettrici in PDF

 

Schema unifilare

Lo schema unifilare consente di realizzare un sistema complesso con uno schema chiaro ed esplicativo. Con lo schema unifilare si collegano tutti gli elementi elettrici tramite una semplice linea che rappresenta il percorso conduttore fra le parti. Lo stesso tratto può rappresentare quindi anche più fili conduttori.

Per realizzare questo schema si utilizzano i segni grafici per schemi che si connettono fra loro tramite le linee che rappresentano i cavi conduttori.


Scarica la schema unifilare in PDF

Impianto di messa a terra

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:

  • dispersori
  • conduttore di terra e protezione
  • conduttori equipotenziali
  • collettore di terra.

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.

Il conduttore di terra invece è il cavo che collega il nodo di terra (o collettore di terra) ai vari dispersori nel terreno.

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.

Il collettore di terra invece serve per collegare al dispersore:

  • i conduttori di protezione
  • i conduttori equipotenziali e di terra.

Questa immagine rappresenta un sistema di messa a terra

 

Nel prossimo articolo tratteremo l’esempio pratico del dimensionamento di un impianto elettrico per civile abitazione.

 

Clicca qui per scaricare Impiantus-Elettrico, il software per la progettazione degli impianti elettrici civili