Come proteggersi dalle scariche atmosferiche
di: Luigi Muzzini
fonte: 'Elettricoplus'
13.10.2009
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Il quesito
“Sto svolgendo la tesi triennale in ingegneria elettrica con argomento «Protezione contro le sovratensioni»; sto facendo una valutazione d'esempio su una struttura ospedaliera che ha, ad una cinquantina di metri, una propria cabina di trasformazione.
Questa cabina la devo considerare come «struttura all'estremità A di un servizio» e quindi devo calcolare il parametro Nda oppure no? Perché avere o meno questo parametro mi influisce sui calcoli di Ru, Rv ed Rw.
Nel calcolo di Al poi come Hb metto l'altezza della mia struttura da proteggere e come Ha la struttura della cabina? (se è da considerare).”
Il quesito nella sua generalità non fornisce i dati sufficienti a dare una puntuale risposta a tutti i problemi posti; mancano, ad esempio le caratteristiche dimensionali dell’edificio (dimensioni in pianta e principalmente quelle relative al numero dei piani della struttura ospedaliera al fine di determinarne l’altezza dell’edificio); ciò è necessario per determinare l’area di raccolta della struttura ospedaliera. Altre informazioni indispensabili sono l’ubicazione della struttura (pianura, collina, ambiente urbano, suburbano, rurale), la tipologia dell’alimentazione elettrica (se con linea Mt aerea o in cavo), il numero annuo di fulmini a terra per km2 (desumibile dalla norma in relazione all’area geografica).
Inoltre, seppur mancanti, possono essere ragionevolmente previsti i seguenti dati:
- la rete di terra è unica per il complesso ospedaliero ed è realizzata con l’utilizzazione dei dispersori di fatto, integrati da dispersori intenzionali a picchetto, tutti interconnessi tra di loro e ai collettori generali di terra ubicati in cabina di trasformazione, nelle zone tecnologiche e negli edifici della struttura ospedaliera;
- il sistema elettrico in bassa tensione è di tipo TN - S, con il centro stella del trasformatore o dei trasformatori collegato a terra nella cabina di trasformazione;
- gli impianti tecnologici (centrale termica, idrica, gruppi frigoriferi per il condizionamento, centrale gas medicali, eccetera) sono ubicati nella zona della cabina di trasformazione;
- la conduttura dalla cabina di trasformazione alla struttura ospedaliera (reparti di degenza, sale operatorie, eccetera) è costituita da cavi unipolari con guaina posati in cavidotti interrati all’interno del dispersore fittamente magliato;
- tutte le masse estranee sono collegate ai collettori generali di terra (collegamenti equipotenziali principali);
- sono presenti i collegamenti equipotenziali supplementari secondari.
Qualora fossero presenti le informazioni di cui sopra, sarebbe possibile definire se la cabina di trasformazione ubicata ad una cinquantina di metri, rientri nell’area di raccolta della struttura ospedaliera o, viceversa, costituisca una struttura indipendente che deve essere verificata in modo autonomo.
Aspetti generali
In un ambito più generale, il quesito riguarda il problema della "protezione contro le sovratensioni" e in questo caso, oltre alle norme del comitato 81, viene in aiuto la recente pubblicazione della variante V2 alla norma 64-8, che è entrata in vigore il 31/07/09. In particolare, nella variante, viene evidenziato che le sovratensioni di carattere atmosferico possono produrre danni all’impianto elettrico con scariche distruttive capaci di creare incendi e conseguente panico, perdita di comunicazioni con guasti ai calcolatori e conseguente perdita di dati, nonché elevati rischi per le persone sottoposte a cure intensive, ai reparti operatori, alla evacuazione di persone costrette a letto.
La variante V2 cambia il titolo della Sezione 534 della norma Cei 64-8, che diventa “Limitatori di sovratensioni (Spd)”, precisando che riguarda le prescrizioni relative alla limitazione delle sovratensioni per ottenere un corretto coordinamento dell’isolamento.
La variante, in particolare, fornisce le prescrizioni per la scelta e l’installazione dei limitatori di sovratensioni (Spd) per:
- impianti elettrici utilizzatori in modo da ottenere una limitazione delle sovratensioni transitorie di origine atmosferica trasmesse tramite i sistemi di alimentazione e contro le sovratensioni di manovra;
- la protezione contro le sovratensioni transitorie causate da fulminazioni dirette o nelle vicinanze degli edifici, protetti da un sistema di protezione contro i fulmini.
Volendo applicare i contenuti della variazione V2 alle tematiche poste dal lettore nel quesito, si rileva innanzi tutto che la "protezione contro le sovratensioni" richiesta è essenzialmente rivolta all’impianto elettrico dell’edificio, costituito dai vari reparti di cura e di degenza, dal punto di arrivo della conduttura di alimentazione dell’energia elettrica proveniente dalla cabina di trasformazione ai punti finali di utilizzazione; il tutto come meglio rappresentato nello schema elettrico della figura 1.
La scelta degli Spd deve essere fatta in relazione:
1) al livello di protezione (Up);
2) alla tensione di servizio continuativa (Uc);
3) alle sovratensioni temporanee (Tov);
4) alla corrente nominale di scarica (In) e alla corrente di impulso (Iimp);
5) alla corrente di cortocircuito presunta e al valore nominale di interruzione della corrente susseguente.
Nel seguito vengono meglio esplicitati i vari punti, con riferimento ai contenuti normativi della variante V2; in particolare:
1) livello di protezione (Up )
Il livello di protezione deve essere scelto in accordo con la tensione di tenuta ad impulso di categoria II (tabella 44 della Sezione 443 della norma Cei 64-8 (riportata nella tabella 1) e della norma Cei EN 62305-2 (Cei 81-10/2) per la protezione contro le sovratensioni causate da fulminazioni dirette.
2) tensione di servizio continuativa (Uc)
La massima tensione di servizio continuativa (Uc) degli Spd deve essere uguale o maggiore di quella mostrata nella tabella 53C della variante V2, che prende in esame gli Spd collegati fra ciascun conduttore di fase e il neutro, oppure tra ciascun conduttore di fase e il PE (o il Pen nel caso di sistemi Tnc);
3) sovratensioni temporanee (Tov)
Gli Spd realizzati secondo la norma Cei EN 61643-11 e installati in accordo con le istruzioni del costruttore sono progettati per comportarsi in modo accettabile quando sono sottoposti alle sollecitazioni Tov previste (è previsto che gli Spd si possano danneggiare senza creare situazioni di pericolo);
4) corrente nominale di scarica (In) e corrente di impulso (Iimp)
La corrente nominale di scarica In non deve essere in genere inferiore a 5 kA 8/20 µs per ciascun modo di protezione.
La corrente di impulso (Iimp) deve essere calcolata in base alla norma Cei EN 62305-4; se il valore di corrente non può essere stabilito, Iimp non deve essere inferiore a 12,5 kA per sistemi monofasi;
5) corrente di cortocircuito presunta e valore nominale di interruzione della corrente susseguente
La tenuta al corto circuito della combinazione Spd - dispositivi di protezione contro le sovracorrenti (nel seguito denominati Ocpd), deve essere uguale o superiore alla massima corrente di corto circuito prevista nel punto di installazione.
Inoltre, quando il valore nominale di interruzione della corrente susseguente è dichiarato dal costruttore, esso deve essere uguale o superiore alla massima corrente di cortocircuito fase-neutro prevista nel punto di installazione. Dopo la scarica, ai capi dell’Spd rimane la tensione nominale di rete; in assenza di opportuni sistemi di estinzione, l’arco tenderebbe a rimanere innescato (fenomeno del corto circuito susseguente).
La variante V2 per evitare fenomeni indesiderati o pericolosi, fornisce le seguenti prescrizioni:
a) la protezione contro i contatti indiretti con interruzione automatica dell’alimentazione nei sistemi TN è ritenuta in genere soddisfatta dal dispositivo contro le sovracorrenti sul lato a monte dell’Spd;
b) la lunghezza totale dei conduttori (a+b) non dovrebbe superare preferibilmente 0,5 m; in nessun caso può superare 1 m. (a = tratto di conduttore dalla linea all’Spd, b = tratto di conduttore dall’Spd al collettore di terra);
c) La sezione dei conduttori (in rame) di collegamento dell’Spd non deve essere inferiore a:
- 6 mm2 per Spd di tipo 1;
- 4 mm2 per Spd di tipo 2;
- 1,5 mm2 per Spd di tipo 3.
Le prescrizioni sopra riportate devono essere considerate quelle minime che il lettore-studente deve prendere in esame per correttamente redigere la sua tesi di laurea; ulteriori suggerimenti, di validità generale, vengono riassunti nel riquadro.
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