LA SICUREZZA ELETTRICA IN BASSA TENSIONE 

La cabina di trasformazione d'utente (6)

14.9.5  Accorgimenti atti a ridurre le tensioni di passo e di contatto e ad evitare il trasferimento di tensioni totali di terra pericolose

Ove possibile si può intervenire sul dispersore utilizzando dispersori a maglia con lato della maglia non superiore al metro e affondati il più possibile nel terreno e comunque ad una profondità non inferiore a 0,5 m. Un’altra soluzione consiste nel creare una soletta di calcestruzzo con armatura metallica costituita da una rete elettrosaldata che, in particolare per ridurre le tensioni di contatto, può essere collegata al dispersore in alcuni punti. Per limitare il gradiente di potenziale sulle linee perimetrali del dispersore a maglia è possibile, oltre che rendere più fitta la magliatura, infiggere dei picchetti perimetrali ed eventualmente, nei casi più difficili, rivestire il suolo con almeno 5 cm di bitume. Quando la tensione totale di terra originata da guasti in MT non può essere contenuta entro i limiti pericolosi è necessario evitare il passaggio di tubazioni metalliche o di altri elementi metallici (reti metalliche di recinzione, rotaie, ecc..) nell’area d’influenza del dispersore. Le tensioni pericolose possono infatti essere trasferite anche a lunghe distanze, creando situazioni particolarmente pericolose in luoghi in cui non sono stati presi provvedimenti contro le tensioni di passo e contatto. Queste situazioni vanno assolutamente evitate distanziando le parti metalliche che transitano di almeno trenta o quaranta metri dall’area del dispersore. Se una tale soluzione non fosse praticabile occorre interrompere la tubazione metallica con un tratto di tubo isolante sia in ingresso sia in uscita dal campo d'influenza del dispersore. Anche per le recinzioni metalliche che escono dall’area del dispersore devono essere prese opportune contromisure come ad esempio interrare ad una distanza di 60-70 cm una corda metallica collegata, ogni 3 metri circa, alla recinzione stessa. Il suolo che si trova in prossimità della recinzione viene così ad assumere potenziali con valori che si avvicinano alla U_T riducendo le tensioni di contatto a valori non pericolosi. E’ interessante notare che la tensione totale di terra, oltre che dalle masse estranee, può essere trasferita a distanza anche dal PE. Un caso tipico è quello di una cabina recintata e con l’ingresso chiuso da cancello elettrico. Collegando il conduttore di protezione al cancello si crea una situazione pericolosa perché il terreno in prossimità dell’ingresso è a potenziale zero. Per raggiungere un sufficiente grado di sicurezza occorre estendere l’area del dispersore anche oltre il cancello elettrico oppure, ove questo non fosse possibile, isolare il suolo con uno strato di bitume.    

14.9.6  L’impianto di terra all’interno della cabina

All’interno della cabina, tutti i collegamenti fino al dispersore sono denominati “conduttore di terra” (contrariamente a quello che avviene nei sistemi di prima categoria in cui si parla di CT, PE, EQP ed EQS) e devono avere una sezione minima non inferiore a 16 mm² se in rame, a 35 mm² se in alluminio e a 50 mm² se in ferro.  Deve in ogni caso essere soddisfatta anche la nota relazione:

dove:

K è un coefficiente che tiene conto del materiale (tab. 14.3);

I_G è la corrente convenzionale di guasto a terra;

t   è il tempo d’interruzione del guasto in MT.

Tab. 14.3 – Valori del coefficiente K per la verifica del conduttore di terra

Da notare che, per tempi di interruzione del guasto non superiori a 1 s e con correnti di guasto non superiori a 2500 A, è sufficiente la sezione minima in rame di 16 mm² prescritta dalle Norme. Tutto ciò porta a concludere che nel caso di cabine alimentate con linee in MT isolate è sufficiente utilizzare per i conduttori di terra le sezioni minime prescritte dalle Norme, con la sola eccezione per il conduttore che collega il trasformatore al PE che può essere percorso da correnti I_g che dipendono dalla U₀ e dall’impedenza dell’anello di guasto (I_g=U₀/Z_S). Tutte le parti metalliche accessibili delle macchine, delle apparecchiature, e della struttura suscettibili di entrare in contatto con elementi in tensione in seguito a guasti o di introdurre il potenziale di terra devono essere collegate al dispersore normalmente per mezzo di una sbarra che funge da collettore (fig. 14.15).

1)      Cornici, telai e flange degli isolatori passanti

2)      Intelaiature e supporti di ogni tipo di isolatore

3)      Intelaiature dei sezionatori, dei portafusibili e degli interruttori

4)      Involucri e supporti metallici dell’interruttore automatico MT e di ogni altro apparecchio di controllo e misura

5)      La massa del trasformatore (da dimensionare in funzione della corrente di gusto sul lato BT)

6)      Il morsetto del neutro del lato BT del trasformatore (da dimensionare in funzione della corrente di guasto sul lato BT)

7)      I ripari metallici e le relative incastellature

8)      Gli organi di comando manuale di interruttori e sezionatori

9)      Le muffole metalliche

10)   L’armatura metallica dei cavi MT

11)   Le intelaiature metalliche di porte, finestre e griglie di areazione

12)   Gli armadi metallici delle cabine prefabbricate o altri involucri contenenti apparecchiature MT o BT (per gli armadi contenenti apparecchiature in BT dimensionare in funzione della corrente di guasto in BT)

Fig. 14.16 – Tutte le parti della cabina suscettibili di entrare in contatto con elementi in tensione devono essere collegate al dispersore.

14.9.7  Dimensionamento dei conduttori di protezione

Con riferimento alla fig. 14.16, in cui è schematizzato il circuito MT/BT della cabina, si possono definire i seguenti elementi:

I_MT = protezione media tensione;

I_BT = protezione bassa tensione;

EQ1= collegamento alle masse di media tensione;

EQ2= collegamento alle masse di media o bassa tensione;

PE1= collegamento al centro stella del trasformatore;

PE2= collegamento al conduttore di protezione;

CT= collegamento al dispersore. 

La corrente di guasto in media tensione attraversa sicuramente i conduttori EQ1 e CT (per dispersori con più nodi il conduttore CT può essere percorso da correnti di ritorno ma la sua corrente sarà comunque di basso valore) e in alcuni casi anche i conduttori EQ2 e PE1. Le correnti in gioco sono però di valore modesto quindi è sufficiente il rispetto delle sezioni minime stabilito dalle Norme. Più interessanti sono i guasti sul lato bassa tensione. Il guasto in BT può avvenire a valle della protezione di BT perciò, in questo caso, sarà questo interruttore ad intervenire. L’interruttore è tarato per la corrente nominale del trasformatore quindi il cavo andrà dimensionato in funzione dell’I²t dell’interruttore. Se invece il guasto avviene a monte dell’interruttore BT (per la verità, un guasto di questo tipo accade piuttosto raramente) l’interruzione del circuito può avvenire solo per mezzo della protezione di media tensione e la verifica dell’I²t deve essere eseguita secondo la sequenza indicata in figura 14.16.

1.       Determinare la I_CC(BT) sul lato bassa tensione: ;

2.       Riferire la I_CC(BT) di bassa tensione al lato media tensione dividendola per il rapporto di trasformazione k:  ;

3.       Determinare il tempo d'intervento t della protezione lato media tensione relativo  alla corrente di corto circuito I_CC(MT)   ora riferita al lato media tensione;

4.        Disponendo ora del tempo d'intervento della protezione e conoscendo la corrente di corto circuito massima lato bassa tensione I_CC(BT)  è possibile calcolare l’I²t e quindi anche la sezione S del cavo: .

Fig. 14.17 – Dimensionamento al corto circuito dei conduttori di protezione

La protezione di media tensione può essere un fusibile oppure un interruttore automatico. Com'è noto tale protezione è generalmente dimensionata con abbondanza (due o tre volte la corrente nominale primaria). Supponendo di avere come protezione un fusibile con corrente nominale 3 volte la corrente nominale primaria del trasformatore I_n(MT) si vuole determinare, come esempio,  il tempo d'intervento in caso di corto circuito. Dalla tabella 14.4 si può notare che la I_CC(BT)  varia, a seconda che U_CC% sia 4% o 6%, da 16 a 25 volte la corrente nominale secondaria del trasformatore I_n(BT). Se si assume, per semplicità e cautelativamente, una I_CC(BT) uguale a 15 volte la I_n(BT) si avrà sul primario del trasformatore una massima corrente di corto circuito corrispondente a 5 volte la corrente nominale del fusibile (15/3) alla quale corrisponde (valore indicativo) sulla curva di fusione del fusibile  (fig. 14.17) un tempo di intervento di circa 1 secondo. Disponendo ora del tempo di intervento della protezione sul lato media tensione e conoscendo la I_CC(BT) è possibile calcolare la sezione del cavo con la nota formula:

Dove K è il noto coefficiente ricavabile dalla tabella 17.5.

Nella tabella 14.4 sono indicate le sezioni dei conduttori di protezione isolati in PVC calcolati in base alle considerazioni di cui sopra, supponendo il tempo d’intervento delle protezioni di media tensione non superiore a 1s (anche per gli interruttori automatici il tempo di intervento di un secondo è generalmente associato a 3I_n e quindi si può ritenere il dimensionamento circa uguale al precedente).

Tab. 14.4 – Sezione minima dei conduttori di protezione di cabina isolati in G2, PVC e EPR (validi per tempi di intervento delle protezioni inferiori ad un secondo)

Per concludere si può dire che i conduttori E_Q2, P_E1, ed P_E2 devono essere dimensionati per la massima corrente di corto circuito in bassa tensione e devono avere sezione almeno uguale (accettabili nella maggioranza dei casi) a quelle riportate in tabella 14.4 oppure a quella calcolata in base all’energia passante dalla protezione di media tensione.

14.10    Protezione dai contatti indiretti per guasti in bassa tensione

Per la protezione dai contatti indiretti è ormai invalso l’uso degli interruttori differenziali anche nei sistemi TN, con i quali è possibile risolvere la maggior parte dei problemi legati all’impianto di terra, anche se non risulta sempre gradito a causa dei possibili disservizi per interventi intempestivi. A questo proposito può  essere interessante fare alcune considerazioni su un guasto che si verifichi immediatamente a valle del trasformatore dove è possibile, adottando opportuni accorgimenti nella progettazione, garantire una tensione di contatto verso terra abbondantemente inferiore ai 50 V ammessi dalla Norma per guasti che permangono per tempi indefiniti.

Per meglio comprendere il problema, nella figura 14.18 è mostrato lo schema di un impianto composto da un trasformatore e da un quadro con interruttore di bassa tensione collegato, mediante una linea, ad un quadro di distribuzione.

Fig. 14.19 – Guasti in cabina immediatamente a valle del trasformatore

Analizziamo dapprima il guasto A che si verifica sulle masse di cabina  riferendoci allo schema equivalente di fig.14.14 dove:

Z_MT = impedenza lato MT trasferita al secondario del trasformatore;

Z_TR= impedenza del trasformatore;

Z_F1= impedenza conduttori di fase dal trasformatore al primo interruttore;

Z_EQ= impedenza conduttore equipotenziale delle masse di cabina;

Z_PE1=impedenza collegamento del centro stella col nodo equipotenziale;

Fig. 14.20 – Schema equivalente per un guasto sulle masse di cabina

Trascurando l’impedenza della massa attraversata dalla corrente di guasto si ha:

I_G1, come sappiamo, è funzione dell’impedenza dell’anello di guasto per cui si ha:

Risulta evidente che per mantenere bassa la tensione di contatto occorre abbassare il valore di  Z_EQ  intervenendo sulla  lunghezza e sulla sezione del conduttore equipotenziale (la lunghezza non è normalmente modificabile mentre può essere aumentata senza grossi problemi la sezione; si ricorda che la reattanza è legata anche al tipo di cavo, unipolare o multipolare, e al tipo di posa, ravvicinata o distanziata rispetto al conduttore di fase), anche la distanza del conduttore equipotenziale rispetto a quello di fase incide sul valore della Z_EQ  perché con la distanza aumenta il valore della reattanza).

Un guasto che si verificasse sul quadro generale di distribuzione (guasto B) può essere rappresentato dal circuito equivalente di figura 19.20 dove:

Z_MT = impedenza lato MT trasferita al secondario del trasformatore;

Z_TR= impedenza del trasformatore;

Z_F1= impedenza conduttori di fase dal trasformatore al primo interruttore;

Z_PE1= impedenza collegamento del centro stella col nodo equipotenziale;

Z_F2= impedenza conduttori di fase dal primo interruttore al secondo interruttore (quadro generale BT);

Z_{PE2 =} impedenza conduttore di protezione dal nodo equipotenziale al quadro generale BT;

Fig. 14.21 – Schema equivalente per un guasto sul quadro generale BT di cabina

In questo caso la tensione di guasto U_C0 sulle masse sarà data da:

Rispetto al caso precedente nel circuito equivalente è scomparsa Z_EQ,  non più interessata dal guasto, ed è entrata in gioco Z_PE2. Dalla relazione suesposta si può notare che limitando questo valore di impedenza, corrispondente al tratto di conduttore di protezione che collega il nodo equipotenziale col quadro di distribuzione, è possibile contenere le tensioni sulle masse. Gli altri conduttori invece  si comportano in modo opposto, più è bassa la loro impedenza più è alta la tensione sulle masse.

continua...