LA SICUREZZA ELETTRICA IN BASSA TENSIONE 

Il progetto (1)

15.        Il progetto – Impostazione ed esempi

15.1        Dimensionamento degli impianti

Avendo analizzato nei capitoli precedenti gli aspetti più importanti della sicurezza elettrica in BT, si intende ora, soprattutto dal punto di vista della sicurezza, affrontare un’applicazione concreta di quanto fin qui esposto. Si ritiene utile, pur senza pretendere di essere completamente esaustivi, sviluppare un semplice caso di distribuzione, compresa la cabina di trasformazione privata, in cui, di ogni linea, caratterizzata da una tipologia d’utenza e di ambiente particolare, si vogliono evidenziare i criteri di analisi e di progettazione seguiti. Dopo aver dimensionato le linee di distribuzione, si procederà alla verifica e al calcolo degli elementi della cabina, con particolare attenzione alla sicurezza delle persone. Il flusso delle operazioni seguite nel dimensionamento delle linee è sintetizzato nello schema operativo di fig. 15.1 (N. B. le tabelle di dati impiegate nei calcoli sono da ritenersi puramente indicative).  

15.2        Descrizione e analisi dell’utenza e dell’alimentazione

15.2.1  Caratteristiche dell’alimentazione e dell’utenza

Come esempio di progettazione si suppone di alimentare, tramite un trasformatore 15000/400 V un’ipotetica officina meccanica nella quale occorre alimentare un diversificato numero di carichi:

·         un forno di 25 kW;

·         un primo quadro secondario di distribuzione che alimenta una serie di macchine utensili per un totale di 350 kW;

·         un grosso motore ad avviamento pesante per un totale di 45 kW di potenza resa con rendimento 0,9;

·         un secondo quadro secondario di distribuzione che alimenta una serie di macchine utensili per un totale di 300 kW

Una serie di utenze privilegiate e i circuiti di illuminazione sono alimentate, tramite una linea dedicata, per mezzo di un secondo trasformatore ed, eventualmente, da un gruppo elettrogeno di potenza adeguata. Nell’esempio, per semplificare, trascureremo la progettazione di questa parte dell’impianto. L’alimentazione sarà ottenuta in bassa tensione, con tensione nominale U_n di 400V e tensione di fase e verso terra U₀ di 230 V. La frequenza sarà di 50 Hz e a tale valore si farà riferimento per il calcolo delle reattanze.

Fig. 15.1 – Diagramma di flusso delle operazioni di dimensionamento di un impianto di distribuzione

15.2.2  Calcolo della potenza assorbita e della corrente di impiego

 La potenza assorbita sarà calcolata riportando su apposita tabella (tab. 15.1) i dati relativi a ciascuna utenza considerando che per i motori la potenza fornita dal costruttore è normalmente la potenza resa. In questo caso la corrente assorbita sarà ricavabile dalla seguente relazione:

Dove:

P_n = potenza nominale resa;

U_n = tensione nominale;

h = rendimento del motore;

cosfi = fattore di potenza del motore.

Nei casi generali la corrente assorbita sarà pari a:

Da un’analisi dell’impianto si rileva che non sono installati azionamenti di macchine in corrente continua, inverter o altre particolari apparecchiature elettroniche per cui si ritiene di poter escludere la presenza sulle linee di componenti armoniche (in presenza di armoniche i conduttori potrebbero essere sovraccaricati in modo significativo ed in particolare il conduttore di neutro in alcuni casi potrebbe essere caricato anche più delle singole fasi).

15.2.3  Transitori all’avviamento

La presenza di motori sarà considerata, ai fini del dimensionamento (anche se dal punto di vista termico i cavi assorbono abbastanza bene questi picchi di corrente), per le caratteristiche correnti di spunto di questi particolari carichi (ma anche le semplici lampade ad incandescenza, quando il filamento è freddo, assorbono all’accensione una corrente superiore a quella di normale impiego) che sono all’avviamento molto più elevate di quelle nominali. In alcune situazioni di ripetuti avviamenti si dovrà valutare se sovradimensionare la conduttura. Un altro aspetto da considerare durante gli avviamenti è la caduta di tensione che potrebbe influire sul corretto funzionamento di altri utilizzatori collegati sulla stessa linea. Si potrebbe ovviare a questo inconveniente sovradimensionando la linea oppure installando una linea dedicata.

15.2.4  Fattore di potenza

Il cosfi, ove possibile, sarà determinato per via analitica mentre negli altri casi sarà scelto secondo i seguenti criteri:

·         cosfi 0,9 per linee rifasate localmente come impianti di illuminazione, oppure linea di alimentazione dal trasformatore al quadro generale;

·         cosfi 0,8 per linee che alimentano singoli carichi non rifasati;

·         cosfi 0,7 per linee che alimentano carichi non rifasati localmente con basso fattore di utilizzazione, come motori funzionanti a vuoto o a carico ridotto.

15.2.5  Potenza installata e potenza assorbita

Solo raramente sarà chiesto alle linee di fornire il totale della potenza installata, nella maggioranza dei casi ad esse sarà richiesto di portare solo una frazione di questa potenza. Le apparecchiature alimentate, infatti, non sempre funzioneranno contemporaneamente e alla massima potenza. La potenza che deve fornire la linea sarà quindi calcolata con la seguente relazione:

dove:

P_a = potenza massima assorbita da un’utenza;

K_c =coefficiente di contemporaneità;

K_u =coefficiente di utilizzo.

 Un semplice esempio per chiarire il problema può essere quello di una linea che alimenta dieci prese trifase da 32 A che assorbono 20 A ciascuna e delle quali ne funzionano al massimo 4 contemporaneamente. Si avrà:

Si può notare che il risultato così ottenuto ci permette di dimensionare la linea per la potenza di circa due prese anziché per la complessiva potenza installata. L’esempio molto semplice non ci deve però far dimenticare che la determinazione di tali coefficienti è, per i casi generali, alquanto complessa. Nell’esaminare le utenze e nel definire i coefficienti di contemporaneità e di utilizzazione, è determinante l’esperienza del progettista e, nello stesso tempo, la collaborazione del committente. Il risultato di queste analisi sarà riassunto in tabelle che è bene siano sottoscritte dal committente stesso in modo che rimanga un documento scritto comprovante la correttezza delle scelte effettuate. Nel nostro caso i coefficienti utilizzati per il calcolo della potenza effettivamente assorbita sono indicati nella tab. 15.1.

15.2.6  Scelta del trasformatore

In funzione della potenza installata e tenendo conto di opportuni coefficienti di contemporaneità e di utilizzo la potenza apparente totale risulta essere di 560 kVA (tab. 15.1). La scelta cade su di un trasformatore di potenza di poco superiore (630 kVA), anche in considerazione del fatto che per eventuali sviluppi futuri si potrà provvedere all’installazione di un altro trasformatore di potenza adeguata (in previsione di questo si è abbondato nelle dimensioni della cabina) per il quale sarà allestita una linea di distribuzione dedicata. Inoltre è bene non dimenticare che se il trasformatore funziona a potenza ridotta aumentano considerevolmente le perdite a vuoto con un’incidenza non trascurabile sui costi di gestione. I dati di targa più importanti relativi al trasformatore prescelto sono indicati al paragrafo successivo.

Tab. 15.1. – Esempio di tabella per la raccolta dei principali dati di progetto

15.2.7  Caratteristiche dell’alimentazione

L’alimentazione dell’impianto elettrico è derivata dalla rete pubblica di media tensione con linea a neutro isolato. Le caratteristiche dell’alimentazione e il riepilogo dei dati progettuali (tab. 15.1) della distribuzione in bassa tensione in esame sono le seguenti:

continua...