ELETTROSTATICA

Angelo Baggini, Università degli Studi di Bergamo

Franco Bua, Segretario Tecnico Referente CEI

È entrata in vigore lo scorso 1 giugno 2017 la Variante 3 alla Norma CEI 64-8:2012. Gli argomenti coinvolti sono numerosi:

Sez. 422 – Protezione contro gli incendi

Cap. 53 – Dispositivi di protezione, di sezionamento e di comando

Sez. 551 – Gruppi generatori a bassa tensione

Sez.559 – Apparecchi e impianti di illuminazione

Sez. 570 – Coordinamento dei dispositivi di protezione, sezionamento, manovra e comando

Sez. 714 – Impianti di illuminazione situati all’esterno

Sez.715 – Impianti di illuminazione a bassissima tensione

Sez. 753 – Cavi scaldanti e sistemi di riscaldamento integrati.

Vale la pena di precisare che, a differenza di quanto avveniva in passato, la maggior parte delle novità è di provenienza diretta dal CENELEC, ovvero dal documento di armonizzazione europea HD 60364.

Da un lato questo richiede alcune riflessioni in più, dal momento che le prescrizioni non sono già state necessariamente adattate al contesto impiantistico nazionale, dall’altro si tratta di un passaggio necessario nella transizione completa ad una Europa unita sotto tutti gli aspetti (anche quelli impiantistici elettrici). La maggior parte delle norme di prodotto da lungo tempo sono esattamente le stesse non solo a livello EU (o meglio CENELEC) ma addirittura a livello mondiale (perlomeno se si parla di mondo IEC), mentre le norme di impianto continuano a presentare a livello nazionale, in Italia come all’estero, differenze più o meno importanti.

Un documento classificato HD a livello CENELEC è una norma che ammette deviazioni nazionali ma con l’obiettivo di tracciare la via verso una norma EN che praticamente non ammette alcuna deviazione nazionale.

La trasposizione completa dei contenuti dell’HD corrispondente nella Norma CEI 64-8 va in questa direzione.

In  questo  contesto,  con  l’obiettivo  di  aiutare  il raccordo tra l’Europa e la pratica nazionale, ovvero tra la norma e la pratica quotidiana; in questo articolo vengono richiamate, brevemente discusse e approfondite le nuove prescrizioni normative che seguono:

1. Interruzione del neutro nei sistemi TN-S
2. Resistenza di terra nei sistemi TT
3. Interruttori automatici e differenziali nei sistemi IT
4. Protezione contro i contatti con gruppi generatori Bt
5. Selettività tra interruttori automatici.

1. Interruzione del neutro nei sistemi TN-S

L’applicazione del nuovo art. 531.2.2 nel contesto della protezione contro i contatti indiretti “Nei sistemi TN-S, non è necessario interrompere il neutro se le condizioni di alimentazione sono tali che il conduttore di neutro può essere considerato affidabilmente al potenziale di terra” richiede di stabilire quando il conduttore di neutro possa essere considerato “affidabile al potenziale di terra”.

La risposta si trova nell’art. 461.2 della stessa Norma CEI 64-8 che, nei sistemi TN-S, prescrive il sezionamento del conduttore di neutro solo nei circuiti bipolari con a monte dispositivi unipolari come fusibili o altro.

Ovvero convenzionalmente, ma è anche questo uno degli scopi di una norma, si ritiene trascurabile la probabilità che il conduttore di neutro vada in tensione se si esclude il caso di interruzione unipolare a monte.

In conclusione, nel contesto della protezione contro i contatti indiretti l’interruzione del neutro si risolve con il rispetto della prescrizione più generale dell’art. 461.2.

2. Resistenza di terra nei sistemi TT

Il nuovo testo dell’art. 531.3.5.3.2, nel contesto del coordinamento con l’interruttore differenziale, che definisce la resistenza RE come la “somma della resistenza di terra in ohm del dispersore di terra e del conduttore di protezione delle masse” è senz’altro corretto dal punto di vista:

• generale, se si utilizzano fusibili e interruttori automatici ai fini della protezione contro i contatti indiretti e non si prescrive invece necessariamente il differenziale, come invece avviene in Italia ormai da diversi anni
• elettrotecnico/fisico, dal momento che indubbiamente la resistenza equivalente del circuito di interesse non comprende solo il dispersore ma anche il conduttore di protezione che in linea di principio sarà in generale trascurabile rispetto alla prima, ma che in talune situazioni (resistenza di terra molto bassa e conduttori di protezione molto lunghi) potrebbe non esserlo.

Ciò tuttavia non deve far sorgere preoccupazioni in quanto nella maggioranza dei casi, nel coordinamento  della  resistenza RE con un interruttore differenziale, per l’appunto obbligatorio nel contesto in esame da alcuni anni in Italia, i valori delle correnti in gioco ammettono di solito resistenze di decine o centinaia di ohm.

Nella maggioranza dei casi, considerate le condizioni ambientali nazionali anche la (seppur teoricamente corretta) precisazione relativa alle “possibili variazioni stagionali” della resistenza di terra, compreso congelamento ed essiccamento del suolo nei sistemi TT, non deve destare generalmente preoccupazioni normative. Eventuali dubbi e preoccupazioni di  fronte  ad un caso estremo nel quale il fenomeno fosse ritenuto importante ovviamente non cambiano e la coscienza tecnica di ciascuno permetteva e permette di risolverle.

Solo come appunto, senza un reale interesse nella pratica quotidiana: la  definizione di RE del nuovo art. 531.3.5.3.2 non è allineata con quella dell’art. 413.1.4 dove RE è la resistenza del solo dispersore. La conoscenza della fisica e dell’elettrotecnica risolve anche questo problema.

3. Interruttori automatici e differenziali nei sistemi IT

Il sistema IT viene impiegato principalmente per migliorare la continuità di servizio eventualmente anche a valle di un primo guasto.

Il contesto al quale è riferito il nuovo art. 532.1 è il funzionamento di un sistema IT con una fase a terra. A vantaggio della continuità del servizio, un guasto monofase a terra in un sistema IT, infatti, può permanere per un tempo indefinito:

• le due fasi sane assumono verso terra la tensione concatenata

• al manifestarsi di un ulteriore guasto a tema su un’altra fase, l’interruttore automatico deve interrompere una corrente di cortocircuito ad una tensione pari a quella concatenata e non di fase come accade nei sistemi TT e TN

Un interruttore automatico adatto per sistemi IT deve quindi essere in grado di intervenire con successo in condizioni più gravose che la Norma CEI EN 60947-2 (CEI 17-5), dedicata agli interruttori automatici ad uso industriale, individua nella propria appendice H.

Ovvero e viceversa, la medesima norma di prodotto CEI EN 60947-2 prescrive una marcatura degli interruttori non adatti alle condizioni più gravose previste dall’appendice H con il simbolo IT barrato (non adatto ai sistemi IT) illustrato in Figura 1.

Coerentemente, la Norma di impianto CEI 64-8 a partire dalla Variante 3 riporta all’art. 532.1: “Gli interruttori conformi alla norma CEI EN 60947-2 marcati con il Valore di tensione seguito dal simbolo non devono essere usati nei sistemi IT per tale tensione”.

Nei sistemi IT affinché un primo guasto a terra non rappresenti un pericolo per le persone e contemporaneamente non richieda l’interruzione dell’alimentazione deve essere:

• soddisfatta la condizione RE Id < UL
• previsto un dispositivo di controllo dell’isolamento per segnalare il primo guasto a terra
• il tempo di intervento  dei  dispositivi  di sovracorrente convenzionalmente compatibile con la protezione delle persone al doppio guasto a terra (che di fatto è un cortocircuito bifase se tutte le masse collegate alla medesima terra, si veda Figura 2).

La Variante V3, art. 531.3.5.4.2, prescrive che nei sistemi IT con tutte le masse collegate alla stessa terra, se vengono utilizzati interruttori differenziali per la protezione contro il doppio guasto a terra “si deve utilizzare un interruttore differenziale su ogni circuito”.

In un sistema IT è generalmente inutile adottare interruttori differenziali ai fini della protezione contro i contatti indiretti ma se si prevede un interruttore differenziale la nuova prescrizione normativa è dovuta, infatti, nelle condizioni descritte un differenziale non interviene se entrambi i guasti a terra sono a valle.

Non è oggetto della V3, ma parlando di differenziali e sistemi IT è opportuno ricordare che in un sistema IT un interruttore differenziale è soggetto a interventi intempestivi anche per un guasto a terra a monte, oppure su un altro circuito, dal momento che la corrente di guasto si richiude non attraverso il collegamento a  terra del  neutro (che è isolato), ma attraverso la capacità verso terra migliore che incontra nel proprio percorso.

4. Protezione contro i contatti con gruppi generatori BT

La Variante V3 cancella l’art. 551.4.4. riferito ad impianto e gruppo generatore non permanenti e fissi: “Nei sistemi TN, TT e IT un dispositivo di protezione a corrente differenziale avente una corrente nominale di intervento non superiore a 30 mA deve essere installato in accordo con 413.1 per la interruzione automatica dell’alimentazione. Nota: Nei sistemi IT un dispositivo a corrente differenziale può non funzionare a meno che uno dei guasti a terra avvenga a monte dello stesso dispositivo”.

Precisato che per gruppi elettrogeni “non permanenti e non fissi” debbano essere intesi i piccoli gruppi elettrogeni trasportabili, si tratta indubbiamente di una rettifica corretta dal momento che:

• il citato 413.1 è dedicato alla protezione contro i contatti indiretti attraverso l’interruzione automatica dell’alimentazione

• nel caso di un piccolo gruppo elettrogeno trasportabile ma soprattutto inserito in una installazione che dura poche ore in un determinato luogo, non è pratico prevedere i dispersori richiesti dalla norma nel caso generale tanto nei sistemi TN che TT o IT.

La soluzione al problema consiste nella separazione elettrica (Figura 3), ovvero dal momento che si  tratta di un sistema elettrico isolato da terra, rispettate le classiche disequazioni valide per questo tipo di protezione, in pratica, non è necessario fare nulla.

Vale la pena di precisare che anche un differenziale sul gruppo, ovvero immediatamente a valle del generatore, indipendentemente dalla taglia, non sarebbe probabilmente nelle condizioni di intervenire per effetto degli accoppiamenti capacitivi (Figura 4).

5. Selettività tra interruttori automatici

In passato, nella Norma CEI 64-8 la selettività era prescritta in modo esplicito per ragioni di sicurezza ed in modo implicito solo attraverso la funzionalità dell’impianto all’art. 132 e nel capitolo 37. Con la V3 invece anche la selettività viene affrontata più esplicitamente. Ora viene riportato: “In linea di principio,   la selettività è assicurata fino al livello della corrente di guasto al quale la corrente di picco passante attraverso l’interruttore automatico a valle è inferiore al valore di picco corrispondente al livello di intervento istantaneo dell’interruttore automatico a monte”.

Vale la pena fare alcune precisazioni:

• posto che vari dispositivi di protezione in serie, non necessariamente interruttori automatici, sono selettivi quando interviene soltanto il dispositivo di protezione più vicino al punto di guasto, la selettività può essere totale o parziale, se sussiste per tutti i possibili valori della corrente di guasto, oppure soltanto fino ad un determinato valore della corrente di guasto
• per verificare la selettività tra due dispositivi in serie, occorre confrontare le zone di intervento fornite dal costruttore per ogni specifico prodotto. La curva inferiore indica il tempo minimo per il quale la corrente deve durare al fine di attivare il dispositivo mentre la curva superiore individua il tempo più elevato che il dispositivo impiega per interrompere la corrente
• la selettività è garantita quando le zone di intervento non si sovrappongono: la curva inferiore del dispositivo a monte è al di sopra della curva superiore del dispositivo a valle
• se le curve si intersecano si ha selettività (parziale) fintanto tra i due interruttori fino alla corrente di intersezione.

Nelle Figure 5, 6 e 7 sono schematizzate le possibili selettività: totale, parziale o assente.

La selettività totale tra interruttori automatici non ritardati non è garantita se non coordinando due dispositivi come indicato dal costruttore (selettività energetica).