Esempio pratico di calcolo dell’impianto elettrico di una civile abitazione

In questo focus ci occupiamo del calcolo dell’impianto elettrico per una villa unifamiliare a due piani.

Si prendano ad esempio le seguenti planimetrie, rispettivamente del piano terra e per il piano primo.

Questa immagine rappresenta la pianta del piano terra dell'abitazione

Questa immagine rappresenta la pianta del piano primo dell'abitazione

Questa immagine rappresenta una immagine 3D dell'abitazione

L’esempio riportato presenta una superficie lorda di:

  • 81 m² per il piano terra
  • 82.2 m² per il piano primo.

Come richiamato nella prima parte della guida, la potenza di impiego/di progetto per superfici superiori ai 75 m² è di 6 kW, anche se la potenza contrattuale può essere inferiore.

Ipotizziamo un impianto elettrico tipico della maggior parte degli edifici per civile abitazione:

  • in bassa tensione
  • con sistema di distribuzione TT
  • monofase.

Prestazioni

Supponiamo che progettista e committente si accordino per raggiungere un livello prestazionale di base – livello 1.

Nel rispetto della norma, per ogni ambiente si predispongono le seguenti dotazioni:

Stanza Area Punti presa Punti luce Presa radio/tv
Camera da letto 1 15.0 m² 4 1 1
Camera da letto 2 9.8 m² 3 1 1
Camera da letto 3 9.0 m² 3 1 1
Bagno 5.3 m² 1 2 0
Lavanderia 5.1 m² 3 1 0
Cabina Armadio 6.9 m² 1 1 0
Bagno 5.4 m² 1 2 0
Soggiorno 44.8 m² 4 4 1
Bagno 4.6 m² 1 2 0
Cucina 16.6 m² 5 2 1
Dispensa 2.3 m² 1 1 0
Disimpegno 6.2 m² 1 1 0

Suddivisione delle linee

La prima considerazione progettuale riguarda la suddivisione delle linee elettriche.

In funzione dell’architettura e di considerazioni puramente progettuali, le linee sono così suddivise:

  • prese zona giorno
  • luci zona giorno
  • prese zona notte
  • luci zona notte
  • prese lavanderia
  • prese cucina
  • climatizzazione.

Nello specifico si decide di utilizzare un sistema di gestione dei carichi, ovvero di suddividere i carichi in:

  • prioritari
  • non prioritari.

Progettista e committente si accordano per definire cosa posizionare sotto entrambe le linee.

Nel presente esempio la scelta è la seguente:

  • carichi prioritari:
    • prese zona giorno
    • prese zona notte
    • luci zona giorno
    • luci zona notte
  • carichi non prioritari:
    • prese lavanderia
    • prese cucina
    • climatizzazione.

In caso di sovraccarico si spegneranno tutte le linee a valle dei carichi non prioritari.

Calcolo corrente di impiego

La corrente di impiego standard delle prese per civile abitazione è di 16 A.

Calcoliamo la corrente di impiego per una pompa di calore invertibile con una potenza, per esempio, di 2 kW.

Facciamo riferimento al valore della corrente di impiego così come definita nell’articolo precedente.

IB= (Ku P)/(k Vncosφ)

Si valutano i seguenti termini:

  • K=1
  • P è la potenza totale dei carichi in [W]
  • k=1 poichè il circuito è monofase
  • Vn=230 [V]
  • cosφ=0,9

Il valore della corrente di impiego per la presa specifica è pari a:

IB= (Ku P)/(k Vcosφ)= (1*2000)/(1*230*0.9)= 9.7 A

Dimensionamento dei cavi

Valutata la corrente di impiego per ogni cavo si passa al dimensionamento.

Le variabili di progetto di cui tenere conto sono:

  • corrente di impiego
  • posa in opera del cavo
  • tipo di isolamento del cavo.

La norma CEI 64-8 nella tabella 53 C riporta le possibili tipologie di messa in opera.

Supponiamo di ricadere nel caso n°5, ovvero la tipologia di cavi senza guaina in tubi protettivi annegati nella muratura.

La norma CEI-UNEL 35024 stabilisce la portata dei cavi in base alla sezione scelta e alle variabili progettuali citate sopra.

Supponiamo di voler dimensionare il cavo per una presa da 16 A:

  • consultiamo la tabella I della norma CEI-UNEL 35024 per i cavi unipolari senza guaina
  • individuiamo la categoria riferita al tipo di posa
  • determiniamo il tipo di isolamento
  • individuiamo il numero dei condotti caricati, in questo caso 2 poichè il sistema è monofase
  • cerchiamo una portata coerente con il valore di corrente di impiego già calcolato.

Per una posa di tipo 5, cavo isolato in PVC, leggiamo una portata di 17,5 A per una sezione di 1,5 mm². Supponiamo di scegliere questa sezione.

Calcolo caduta di tensione

Facciamo riferimento alla formula di calcolo citata nell’articolo 2.

ΔVck (R∙cosφ+X∙sinφ)∙L∙Ib

  • ΔVc= caduta di tensione del cavo [V]
  • k= 2 per circuiti monofase, √3 per circuiti trifase
  • R è la resistenza specifica del cavo [Ω⁄m]
  • X è la reattanza specifica del cavo [Ω⁄m]
  • L è la lunghezza del cavo [m]
  • IB è la corrente di impiego [A].

Calcoliamo la caduta di tensione di un cavo unipolare in rame isolato in PVC che collega una specifica presa, il più possibile distante dal quadro per poter valutare il massimo valore della caduta di tensione.

Supponiamo di aver già calcolato la sezione di ogni condotto che porta alla presa.

Valutiamo quindi i vari tratti che lo compongono:

  • montante
    • lunghezza: 6.92 m
    • sezione: 6 mm²
  • secondo tratto
    • lunghezza: 2,1 m
    • sezione: 4 mm²
  • terzo tratto:
    • lunghezza: circa 28 m complessivamente
    • sezione: 1.5 mm².

I valori di resistenza e reattanza si ricavano dalla tabella 2 della norma CEI-UNEL 35023.

Computiamo quindi i valori parziali della caduta di tensione.

Per il primo tratto i valori di riferimento sono i seguenti:

sezione del cavo (mm²) resistenza (Ω/km) reattanza (Ω/km) cosφ sinφ lunghezza cavo (m) corrente di impiego (A) Caduta di tensione ΔV(V) caduta di tensione (%)
6 3.94 0.119 0.9 0.44 6.92 16.38 0.82 0.35

Se nel calcolo di ΔVc si utilizza il valore della corrente in Ampere, la lunghezza in metri e si divide per 1000 si ottiene il valore finale in Volt.

ΔVc1= k (R∙cosφ+X∙sinφ)∙L∙Ib*(1/1000)= 2* ( 3.94*0.9+0.119*0.44)*6.92*16.38 *(1/1000)= 0.82 V

In percentuale ΔVc%= ΔVc/Vn [V]

Per il secondo tratto:

sezione del cavo (mm²) resistenza (Ω/km) reattanza (Ω/km) cosφ sinφ lunghezza cavo (m) corrente di impiego (A) Caduta di tensione ΔV(V) caduta di tensione (%)
4 5.92 0.127 0.9 0.44 2.1 16 0.36 0.16

ΔVc2= k (R∙cosφ+X∙sinφ)∙L∙I *(1/1000)= 2* ( 5.92*0.9+0.127*0.44)*2.1*16 *(1/1000)= 0.36 V

Per il terzo tratto:

sezione del cavo (mm²) resistenza (Ω/km) reattanza (Ω/km) cosφ sinφ lunghezza cavo (m) corrente di impiego (A) Caduta di tensione ΔV(V) caduta di tensione (%)
1.5 15.91 0.145 0.9 0.44 28 16 12.89 5.6

ΔVc3= k (R∙cosφ+X∙sinφ)∙L∙I*(1/1000)= 2* ( 15.91*0.9+0.132*0.145)*28*16 *(1/1000)= 12.89 V

Il valore massimo per la caduta di tensione consigliato dalla normativa è pari al 4%.

Sommando le quote parziali della caduta di tensione otteniamo:

ΔVctot%=ΔVc1%+ ΔVc2%+ ΔVc3%= 0.35+0.16+5.6= 6.12% NON VERIFICATO

Pensiamo dunque di modificare la sezione del terzo tratto, che presenta il più alto valore di caduta di tensione.

La corrente di impiego del cavo risulta pari a 16 A con una sezione di progetto di 1,5 mm².

Torniamo nella tabella di normativa e proviamo ad aumentare la sezione da 1,5 mm² a 2,5 mm² . Il valore della portata del cavo arriva ora a 24 A.

Rifacciamo il calcolo per la caduta di tensione.

sezione del cavo (mm²) resistenza (Ω/km) reattanza (Ω/km) cosφ sinφ lunghezza cavo (m) corrente di impiego (A) Caduta di tensione ΔV(V) caduta di tensione (%)
2.5 9.55 0.132 0.9 0.44 28 16 7.75 3.37

ΔVc3= k (R∙cosφ+X∙sinφ)∙L∙I *(1/1000)= 2* ( 9.55*0.9+0.132*0.44)*28*16 *(1/1000)= 7.75 V

Sommando le quote parziali della caduta di tensione otterremo circa:

ΔVctot%=ΔVc1%+ ΔVc2%+ ΔVc3%= 0.35+0.16+3.37= 3.88%

Il valore di ΔVctot% è ora minore del 4% per cui conforme ai valori consigliati dalla normativa. VERIFICATO

Si procede così per ogni cavo.

Ogni condotto viene quindi verificato secondo il criterio:

  • termico: verifica che il valore della portata del cavo sia maggiore della corrente di impiego
  • elettrico: verifica il valore della caduta di tensione.

Dimensionamento del conduttore di neutro e del cavo di protezione

Nei circuiti monofase la sezione del conduttore di neutro deve, da norma, avere la stessa sezione dei conduttori di fase. Per cui, se il cavo di fase è stato dimensionato con una sezione di 2,5 mm² anche il neutro avrà una sezione di 2.5 mm².

L'immagine rappresenta il cavo di neutro di colore blu chiaro

Per dimensionare la sezione del cavo di protezione basta consultare i valori della tabella .

Nel nostro esempio:

  • sezione di fase<16 mm²
  • il conduttore di protezione si trova nello stesso tubo del conduttore di fase.

La sezione del cavo di protezione sarà pari a quella del cavo di fase.

L'immagine rappresenta il cavo di messa a terra di colore giallo-verde

Centralino elettrico

Come spiegato in precedenza, per superfici superiori di 75 m², la potenza di impiego per il dimensionamento dell’impianto è di 6 kW.

La potenza contrattuale invece può essere inferiore, in questo caso ipotizziamo di 4,5 kW poichè supponiamo di progettare un impianto di climatizzazione con pompa di calore invertibile.

Progettiamo lo schema unifilare del quadro in funzione della suddivisione delle linee e della potenza stabilita. Ipotizziamo di aver già dimensionato ogni condotto.

Partiamo dal dimensionare gli apparecchi di protezione per le linee terminali.

Prevediamo un interruttore magnetotermico da 16 A per ogni linea prese.

Per le linee luci utilizziamo invece un magnetotermico da 10 A.

È fondamentale conoscere bene l’entità dei carichi e il loro utilizzo nella determinazione della potenza dell’impianto. In particolare, il coefficiente di contemporaneità ci consente di tener conto della contemporaneità d’utilizzo degli apparecchi domestici, delle prese e delle luci.
“Per fattore di contemporaneità si intende il fattore che, applicato alla somma delle potenze prelevate dai singoli apparecchi utilizzatori, dà la potenza da prendere in considerazione per il dimensionamento dei circuiti” (norma CEI 64-8).

Tale fattore KC può essere minore o uguale ad 1 e viene scelto dal progettista in base all’effettivo utilizzo dell’impianto.

Procediamo al dimensionamento degli altri elementi del centralino.

A monte delle linee dei carichi prioritari sono presenti 4 linee:

  • 16 A prese zona giorno
  • 16 A prese zona notte
  • 10 A luci zona giorno
  • 10 A luci zona notte

Se tutte le linee lavorassero contemporaneamente la corrente di impiego sarebbe, in totale, pari a 52 A.

Stabiliamo quindi il coefficiente di contemporaneità di utilizzo delle linee tale per cui non superiamo la potenza contrattuale. In questo caso, se poniamo un coefficiente K=0.55 la corrente di impiego della linea è pari circa a 18.2 A, equivalenti ad una potenza di 4.2 kW. A monte delle linee dei carichi prioritari posizioniamo allora un interruttore magnetotermico differenziale con una corrente nominale da 25 A, maggiore di 18.2 A. Ciò significa che le linee a valle saranno spente nel momento in cui fra tutti i circuiti passerà una corrente totale maggiore di 25 A.

A monte delle linee dei carichi non prioritari sono presenti 3 linee :

  • 16 A prese lavanderia
  • 16 A prese cucina
  • 10 A climatizzazione tramite pompa di calore.

In questo caso se tutte le linee lavorassero contemporaneamente la corrente di impiego sarebbe pari a 42 A.

Se poniamo K=0.45 la corrente di impiego della linea è pari circa a 18.8 A , corrispondenti a 4,3 kW.

A monte della linea dei carichi non prioritari posizioniamo un altro interruttore magnetotermico differenziale con una corrente nominale da 25 A.

A monte dei carichi prioritari e non invece posizioniamo un gestore dei carichi con un coefficiente K=0.50. In questo modo la potenza di impiego di progetto è pari a 18.75 A equivalenti a 4.3 kW di impiego.

Progettando infine un interruttore generale da 32 A l’impianto risulta dimensionato per una potenza di impiego da 7.36 kW.

Sovradimensionare con criterio l’interruttore generale rende possibile eventuali ampliamenti dell’impianto e incrementi della potenza di contratto.

Questa immagine rappresenta gli interruttori di progetto

In definitiva, si prevedono:

  • un interruttore generale magnetotermico da 32 A.
  • un relè di gestione dei carichi
  • un interruttore magnetotermico differenziale da 25 A a valle dei carichi prioritari
    • un interruttore magnetotermico da 16 A per la linea delle prese della zona giorno
    • un interruttore magnetotermico da 10A per la linea delle luci della zona giorno
    • un interruttore magnetotermico da 16 A per la linea delle prese della zona notte
    • un interruttore magnetotermico da 10 A per la linea delle luci della zona notte
  • un interruttore magnetotermico differenziale da 25 A a valle dei carichi non prioritari:
    • un interruttore magnetotermico da 16 A per la linea delle prese della lavanderia
    • un interruttore magnetotermico da 10 A per la linea delle prese della cucina
    • un interruttore magnetotermico da 10 A per la linea della climatizzazione

Questa immagine rappresenta il centralino elettrico

Schema unifilare

Elemento di progetto fondamentale per un impianto elettrico è lo schema unifilare, chiaro ed esplicativo della struttura dell’impianto. Date le considerazioni fatte fino ad ora proponiamo lo schema unifilare del progetto.

Scarica lo schema unifilare in pdf

Elaborati esecutivi

Riportiamo di seguito alcuni dei possibili disegni esecutivi dell’impianto elettrico che il progettista deve produrre:

  • pianta esecutiva sul posizionamento dell’alimentazione, quadro e cassette di derivazione
  • pianta esecutiva sul posizionamento delle luci ed interruttori
  • pianta esecutiva sul posizionamento delle prese
  • pianta esecutiva sulle condutture.

Un altro elaborato fondamentale è la relazione tecnica di progetto.

Una relazione tecnica di progetto deve descrivere:

  • dati generali sul committente, il progettista/tecnico e l’edificio
  • le norme di progetto di riferimento
  • i criteri di progetto
  • i metodi di calcolo
  • i carichi di progetto
  • il dimensionamento di tutti i componenti elettrici
  • gli elementi utilizzati nel progetto (cavi, cassette frutti, dispositivi di protezione).

Computo metrico estimativo

In funzione di quanto è stato progettato il tecnico/progettista elabora un computo metrico estimativo per stimare il costo dei materiali di progetto. Si rimanda ai seguenti link per maggiori dettagli sul computo.

http://biblus.acca.it/focus/analisi-prezzi/

http://biblus.acca.it/focus/computo-metrico-estimativo/

Bisogna computare tutte le tipologie di elementi presenti nel progetto e stabilire i relativi costi.

Riportiamo di seguito una tabella sugli elementi utilizzati in questo progetto.

Elemento Presenti nel progetto
cassetta di derivazione 24
cassetta frutti 41
deviatore 12
interruttore generico 20
pompa di calore 1
presa per antenna TV 5
lampada a LED 14
lampada ad incandescenza 4
lampada a fluorescenza 2
presa da 16 A 43
interuttore magnetotermico (32 A) 1
relè di gestione dei carichi 1
interruttore magnetotermico differenziale (25 A) 2
interruttore magnetotermico (16 A) 4
interruttore magnetotermico (10 A) 3
punto luce 20
quadro da parete 1

Per ciascun elemento moltiplichiamo il suo prezzo per il numero totale di oggetti presenti.

Valutiamo ora la quantità di cavi da computare.

Prendiamo come esempio la linea delle prese della cucina e sommiamo i vari contributi di cavo, si computano i seguenti tratti:

  • tratto 1= 3.5 m
  • tratto 2= 0.8 m
  • tratto 3= 0.8 m
  • tratto 4= 5.07 m
  • tratto 5= 5.07 m
  • tratto 6= 17.37 m
  • tratto 7= 1.5 m
  • tratto 8= 1.5 m
  • tratto 9= 4.89 m
  • tratto 10= 4.89 m
  • tratto 11= 24.34 m

Totalmente il cavo è lungo circa 68 m. Supponiamo di aver scelto un cavo unipolare PVC (1 x 2,5) FS17 (ex. NO7V-K).

Per la linea cucina allora, il costo dei cavi è dato dalla lunghezza totale per il prezzo espresso in €/m.

Fonte