Classificazione dei Sistemi

Elettrici

Classificazione dei Sistemi Elettrici in base alla tensione

Sistema elettrico: complesso delle macchine, delle apparecchiature,

delle sbarre e delle linee aventi una determinata tensione nominale.

La tensione nominale di un sistema è il valore della tensione con il

quale il sistema è denominato ed al quale sono riferite le sue

caratteristiche.

AC CC

Bassissima tensione: U<50V U<120V

Bassa tensione: 50V<U<1000V 120V<U<1500V

Media tensione: 1kV<U<30kV 1.5kV<U<30 kV

Alta tensione: U> 30 kV

Classificazione dei Sistemi Elettrici (2)

• Gli impianti utilizzatori vengono alimentati da circuiti BT delle cabine di trasformazione, le quali, essendo dotate di uno o più trasformatori aventi l’avvolgimento secondario collegato a stella, rendono disponibili le tre fasi e il neutro.

• In relazione allo stato del neutro e al collegamento delle masse i sistemi elettrici sono individuati con due lettere.

La prima lettera indica lo stato del neutro:

T = neutro collegato direttamente a terra;

I = neutro isolato da terra;

La seconda lettera indica la situazione delle masse:

T = masse collegate a terra;

N = masse collegate al neutro del sistema.

Sistema TT

• Ha il neutro messo direttamente a terra e le masse collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente

(rete di distribuzione di BT, 230 V / 400 V; potenze installate inferiori a circa 30 kW)

• Nei sistemi TT non vengono prese particolari misure per rendere innocuo il conduttore di neutro, che deve pertanto essere considerato un conduttore attivo a tutti gli effetti. Il conduttore PE non deve essere mai sezionabile!!!

Sistema TN

• Il sistema elettrico TN ha il neutro messo direttamente a terra e le masse dell’istallazione connesse a quel punto per mezzo del conduttore di protezione

• TN-C : le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in uno stesso conduttore (conduttore PEN, non deve mai essere sezionabile!!!);

• TN-S: conduttori di neutro e di protezione separati;

• TN-C-S : le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in un solo conduttore e in parte separate;

Tensioni sul Neutro in Condizioni Anomale

• Nei sistemi TN, in condizioni anomale del circuito, il neutro può assumere unatensione verso terra pericolosa. Questo evento corrisponde a un danno per le persone, poiché anche le masse assumono tale tensione, pur non essendo affette da nessun guasto di isolamento.

• Le tensioni possono aver origine:

- sull’impianto di terra del neutro: per un guasto a terra in AT o in BT (ad esempio un corto circuito fase-terra).

- sul conduttore di neutro: per un corto circuito fase-neutro oppure per interruzione accidentale del conduttore di neutro. Tali situazioni possono essere pericolose solo quando si utilizza il conduttore di neutro come conduttore di protezione (PEN). I conduttori PEN devono per questo essere a posa fissa e di sezione tale per cui sia da ritenersi trascurabile la probabilità di rottura del conduttore. Inoltre è proibito inserire interruttori o fusibili sul conduttore PEN

Confronto tra sistemi TN e TT

• La sicurezza del sistema TN, nel caso di distribuzione pubblica, èlegata alla garanzia dell’efficienza del neutro e dell’impianto di terra che la società fornitrice mette a disposizione dell’utente per il collegamento delle masse.

• Attualmente l’uso del sistema TN, a differenza di molti altri paesi in cui è adottato per la distribuzione pubblica, in Italia è consentito solo per gli impianti utilizzatori alimentati da una propria cabina o stazione di trasformazione (quando la potenza impegnata giustifica una alimentazione in MT, con installazione di una propria cabina di trasformazione).

• Per la distribuzione pubblica in BT il sistema TN era ammesso fino al 1965, mentre dal 1965 è utilizzato il sistema TT.

Sistema IT

• Il sistema elettrico IT ha il neutro isolato o a terra tramite un’impedenza, mentre le masse sono collegate a terra

(utilizzato quando in particolare si vuole garantire la continuità del servizio, come negli ospedali)

• La sua utilizzazione non è generalizzata, a causa dei numerosi inconvenienti a cui può dar luogo. L’esercizio di impianti IT è soggetta a numerose prescrizioni normative.

Contatti Indiretti nei Sistemi TT (1)

• Circuito di guasto a terra in un apparecchio alimentato da un sistema TT:

• La resistenza equivalente di Thevenin è il parallelo di RE con RN e risulta trascurabile rispetto alle altre resistenze del circuito di guasto.

Circuito equivalente di

Thevenin

Circuito equivalente

Contatti Indiretti nei Sistemi TT (2)

• Se si volesse contenere la tensione sulla massa entro il limite di sicurezza UL

dovrebbe essere verificata la condizione:

• La resistenza di terra del neutro RN è spesso inferiore a 1 Ω; in un sistema trifase 230/400 V e per UL = 50 V la resistenza di terra delle masse dovrebbe essere pertanto inferiore a ~ 0.3 Ω.

• In un sistema TT non è pratico nè conveniente contenere la tensione sulle masse a valori inferiori al limite UL perchè:

-occorrerebbero resistenze di terra troppo basse, difficili da ottenere;

-la sicurezza dipenderebbe dalle variazioni della resistenza di terra del neutro, che in un sistema di distribuzione pubblica non sono note all’utente.

• Si ricorre quindi ai dispositivi di protezione (fusibili, interruttori automatici o differenziali).

LE

NE

URRR

U≤

+

0L

Lo

LE U

UU

UR

−≤

Apparecchiature di Protezione e Manovra

• Con il termine protezioni si intendono tutti quei dispositivi installati allo scopo di:

- sorvegliare il valore di grandezze elettriche e non elettriche confrontandone le loro caratteristiche ed eventualmente i loro andamenti temporali, con valori di riferimento pre-impostati;

- fornire adeguate segnalazioni e/o azioni qualora le grandezze sorvegliate escano dai limiti impostati;

- intervenire con opportune azioni di interruzione e/o manovra

• Tipiche caratteristiche di intervento:

Interruttori Automatici di BT di Max Corrente

• Questa protezione viene impiegata per proteggere le linee e i carichi aprendo il circuito quando la corrente supera i valori limite, per i tempi consentiti , a seguito di un sovraccarico temporaneo o per un guasto di corto circuito.

• Il comune interruttore magnetotermico ha una caratteristica di intervento di questo tipo:

Differenza tra Dispositivi di Protezione (Cavi e Persone)

• La caratteristica di intervento dei dispositivi a massima corrente corrisponde

alle esigenze protettive dei cavi, ma non si adatta affatto alla protezione

contro i contatti indiretti.

Nei sistemi TT, usando dispositivi di massima corrente ben

difficilmente si riesce a realizzare una protezione dai contatti

indiretti conforme alla normativa.

• Si deve disporre un mezzo protettivo “ad hoc” per la protezione delle persone

dai pericoli dell’elettricità.

• La separazione tra i due compiti di proteggere i cavi e proteggere dai contatti

indiretti rende il sistema protettivo più efficace.

Interruttori Differenziali Magnetotermici

• Quando un interruttore differenziale incorpora anche gli sganciatori di sovracorrente viene denominato interruttore differenziale magnetotermico.

Equipotenzialità nei Sistemi TT

• Se tutte le parti conduttrici simultaneamente accessibili, compreso il terreno, fossero allo stesso potenziale non vi sarebbe pericolo alcuno per le persone. Si tende a questa situazione collegando all’impianto di terra non solo le masse, ma anche le altre masse metalliche.

Il conduttore PA è

il conduttore equipotenziale

In questo modo diminuisce la resistenza di terra e si annulla la tensione di contattotra la massa M e la massa estranea A.

• In un sistema TN-S

si ha il seguente circuito di guasto:

• Applicando Thevenin ai morsetti ME si ricava (Fig. b):

• Poiché Zeq è trascurabile rispetto a RB+REB, il contatto della persona non altera la

tensione preesistente sulla massa (Fig. c).

Contatti Indiretti nei Sistemi TN

p

pf

eq ZZZ

UE

+=

0

N

pf

pf

eq RZZ

ZZZ +

+=

Sistemi di protezione

• Tale guasto rappresenta un corto circuito: la corrente è limitata dalla sola impedenza

del circuito di guasto. Questo è costituito da una spira, o anello, con una sua propria

impedenza. Non è pensabile contenere la tensione assunta dalla massa a valori

inferiori alla tensione UL senza aprire il circuito.

• A tal fine deve essere soddisfatta la curva di sicurezza; occorre cioè interrompere il

circuito in un tempo per cui la tensione sulla massa sia sopportabile per il corpo

umano.

Contatti Indiretti nei Sistemi IT

• In un sistema elettrico isolato da terra, un guasto a terra determina il passaggio di una corrente prevalentemente capacitiva, di valore modesto, che mantiene la tensione REId a livelli non pericolosi.

• Il non dover interrompere il circuito al primo guasto a terra è la caratteristica peculiare, e insieme il maggior vantaggio, dei sistemi IT. Tale caratteristica èpreziosa ad es. negli ospedali.

• Il sistema IT non presenta alcun vantaggio nei confronti dei contatti diretti, come viceversa alcuni fermamente credono. La corrente che fluisce attraverso il corpo umano in caso di contatto diretto, anche se modesta, è pur sempre molto pericolosa, tanto più quanto più esteso è l’impianto.

Doppio Guasto a Terra nei Sistemi IT

• Se il primo guasto a terra non è eliminato in un tempo ragionevolmente breve, può verificarsi un secondo guasto a terra su un’altra fase di un altro circuito. Si stabilisce così una corrente di doppio guasto a terra, alimentata dalla tensione concatenata, che può determinare l’intervento dei dispositivi di protezione a massima corrente su entrambi i circuiti.

• Viene così meno il vantaggio della continuità di esercizio del sistema IT, anzi si aggrava il disservizio rispetto a un sistema TT o TN dove le protezioni selettive aprono il solo circuito di guasto.

Sistema di Controllo

• E’ necessario prevedere un sistema di controllo continuo dell’isolamento

verso terra, in modo da permettere una rapida individuazione ed

eliminazione del primo guasto a terra.

• Il dispositivo più semplice è costituito da tre lampade ad incandescenza

inserite tra le fasi e la terra. Il valore dell’intensità luminosa di ogni

lampada dipende dal valore della tensione verso terra della fase da cui è

alimentatae e fornisce una valutazione del livello di isolamento di quella

fase.

• Nel caso di guasto a terra, una lampada si spegne, mentre le altre due,

alimentate dalla tensione concatenata, divengono più luminose.

Esecuzione dell’Impianto di Terra

• Per impianto di terra si intende l’insieme dei dispersori, dei conduttori di

terra, dei conduttori di protezione e dei conduttori equipotenziali.

La corretta scelta ed applicazione di ciascun elemento dell’impianto di

terra è condizione indispensabile per rendere affidabile il sistema di

protezione.

• Un errore, un difetto, una dimenticanza nei conduttori di fase si rivelano

tramite una disfunzione dell’impianto, mentre nei circuiti di protezione

possono rimanere latenti e manifestarsi solo tramite un infortunio.

Il Dispersore (1)

• Il dispersore è un corpo metallico, o un complesso di corpi metallici, posto incontatto elettrico con il terreno e destinato, o utilizzato, per realizzare il collegamento elettrico con la terra. Ad esso si chiede in genere una bassa resistenza di terra e una geometria tale da contenere le tensioni di contatto; esso deve essere per dimensione e costituzione tale da resistere alla corrosione del terreno.

• I dispersori vanno collocati, per quanto possibile, l’uno lontano dall’altro, poiché due dispersori vicini sono meno efficienti di due dispersori lontani. Vanno collocati in terreno umido, con bassa resistività. Occorre evitare la posa dei dispersori vicino agli scarichi di prodotti industriali, chimici, ecc… La rapida corrosione a cui tali dispersori sono soggetti annulla completamente il vantaggio derivante dalla minor resistività del terreno.

• Vengono interrati a 0.5 – 0.8 m di profondità. Eventuali dispersori immersi in acque di fiumi, laghi, canali, ecc…, è bene che siano posti a non meno di cinque metri sotto il livello dell’acqua per evitare il formarsi di tensioni in superficie, pericolose per chi si bagnasse in quelle acque.

Il Dispersore (2)

• A volte la resistività del terreno è particolarmente elevata e diventa arduo eseguire un buon impianto di terra. Per diminuire la resistività si asporta il terreno intorno al dispersore e lo si sostituisce con altro di elevata conducibilità (argilla, grafite, ecc…). E’ sufficiente rendere conduttore il terreno nelle immediate vicinanze: la maggior parte della resistenza di terra èconcentrata nei pressi del dispersore.

• I dispersori possono essere intenzionali o di fatto. I dispersori intenzionalisono posti nel terreno al solo fine di disperdere corrente; i dispersori di fatto sono corpi metallici interrati ad altri fini, ma che possono contribuire a realizzare il collegamento elettrico con la terra (tubazioni metalliche interrate, armatura metallica dei sistemi di fondazione e del cemento armato interrato, serbatoi metallici interrati, etc…

Il Dispersore (3)

• Per l’impianto di terra in bassa tensione il dispersore più idoneo è un anelloche segua il perimetro dell’edificio. Il dispersore può essere posato durante le opere di scavo delle fondazioni. I picchetti sono meno efficienti per diminuirela resistenza di terra.

• La maniersa più idonea per conciliare l’affidabilità dei dispersori intenzionalicon la capacità disperdente dei dispersori di fatto è di costituire la cosiddettaterra di fondazione: i dispersori intenzionali vengono posati nel momento piùadatto e nella maniera più opportuna, cioè durante le opere di fondazionedella costruzione. I dispersori intenzionali vengono interconnessi ai dispersoridi fatto durante la costruzione dell’edificio. Si ottiene così un sistemadisperdente unico, economico ed efficiente, la cui affidabilità è stata previstafin dalla progettazione.

• Il conduttore di terra è il conduttore che collega i dispersori al collettore (o nodo) principale di terra. Il conduttore di protezione è il conduttore checollega le masse al collettore. Essi devono sottostare a dei requisiti di sezioniminime, in accordo alle norme (riscaldamento, corrosione). Devono essereprotetti da eventuali danni meccanici, chimici, ecc…

La Corrosione del Dispersore

• La corrosione costituisce un grosso problema per l’impianto di terra.

• Il rame, per la sua posizione nella serie voltaica, è tra i conduttori meno esposti alla corrosione, comportandosi da catodo rispetto alla quasi totalità degli altri conduttori. Può però provocare la corrosione degli altri elementi metallici presenti nella zona.

• E’ sconsigliabile abbinare ad es. un dispersore di rame ad un dispersore di ferro zincato, oppure utilizzare giunzioni rame-alluminio (cavi e picchetti).