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Seminario di Studi“La protezione degli impianti dalle sovratensioni, impianti di messa a terra e protezione catodica” - “Il nuovo regolamento dei prodotti da costruzione CPR»
Protezione contro le sovratensioni,impianti di terra e protezione catodica
Angelo Baggini
DISA Facoltà Ingegneria
Università degli Studi di Bergamo
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Protezione contro le sovratensioni
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06.2012 – Settima edizione
• 02.2013 – Errata Corrige
• 07.2013 – V1
• 08.2015 - V2
• 03.2017 – V3
• 05.2017 – V4
• 03.2019 – V5 *
Storia (recente) della CEI 64-8
* Progetto CEI C.1218 IP 31.5.18Pubblicazione: lotto febbraio, Entrata in vigore: 1 marzo 2019
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Variante 5 CEI 64-8Contenuti
• Parte 5. Scelta ed installazione dei componenti elettrici
Capitolo 53 Dispositivi di protezione, sezionamento e
comando
– Sezione 534 Dispositivi per la protezione contro le
sovratensioni transitorie
• Parte 7. Ambienti ed applicazioni particolari
– Sezione 722 Alimentazione dei veicoli elettrici
• Parte 4. Prescrizioni per la sicurezza
Capitolo 44 Protezione contro le sovratensioni
– Sezione 443 Protezione contro le sovratensioni
di origine atmosferica o dovute a manovra.
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CEI 64-8Parte 4. Prescrizioni per la sicurezzaCapitolo 44 Protezione contro le sovratensioniSezione 443 Protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica o dovute a manovra.
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…
Cir
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…
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• Permanenti
• Temporanee (> 1 ms)
• Transitorie (< 1 ms)
– Condotte
• Manovra (A)
• Fulminazione
– Indiretta linea aliment. (B)
– Diretta linea aliment. (C)
– Radiate
• Fulminazione
– Diretta struttura
– Indiretta struttura
Sovratensioni Classificazione
A B C
• origine interna
• > AT
• < contenuto energetico
• > frequenza accadimento
• invecchiamento precoce
• deterministiche
• origine esterna
• > BT
• > contenuto energetico
• < frequenza accadimento
• danni immediati
• probabilistiche
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Apparecchiature elettronicheCause di danno
Ref
. AV
IVA
Fra
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a se
gmen
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ale
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w.a
viva
.co
m)
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Forma d’ondaCaratterizzazione
tempo
50%
90%
10%
100%
T1
T2
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Forma d’ondaCaratterizzazione e normalizzazione
tempo
50%
90%
10%
100%
10/350µs• I (V’) Fulminazione diretta• Elevato contenuto energetico
8/20µs• I (V’’) Fulminazione indiretta, manovra• Modesto contenuto energetico
1,2/50µs• V Fulminazione indiretta, manovra• Modesto contenuto energetico
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SovratensioniAncora classificazione
MODO COMUNE
MODO DIFFERENZIALE
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VR Categoria IV Categoria III Categoria II Categoria I
230/400 Vca* 6 kV 4 kV 2,5 kV 1,5 kV
1500 Vcc 15 kV** 10 kV** 8 kV** 6 kV**
Categorie di sovratensione e Tensione nominale di tenuta a impulso
CEI EN 60664-1
* Anche sistemi IT 220 V–240 V per tensione verso terra in caso di guasto di terra, **Allegato D IEC/TR 60664-2-1:2011, *** UW Forma d’onda V 1,2/50 µs
UW tensione nominale di tenuta a impulso
valore della tensione di tenuta ad impulso assegnato dal costruttore all’apparecchiatura o ad una sua parte, che caratterizza la capacità di tenuta specificata del suo isolamento in presenza di sovratensioni transitorie (1,2/50 µs)
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Valutazione dei rischi
Le sovratensioni influiscono: • servizi di sicurezza, dispositivi assistenza medica? • gran numero di persone?***• servizi pubblici*, patrimonio culturale?• attività commerciali o industriali?**
Hai voglia di fare la valutazione del rischio?
Atmosferiche: CRL < 1000?
Protezione NON necessaria
Protezione necessaria
SI
NO
* IT
, mu
sei,
** h
ote
l, b
anch
e, in
du
stri
e, c
entr
i co
mm
erci
ali,
fatt
ori
e, *
**
gran
di
edif
ici,
uff
ici,
scu
ole
Manovra: compresenza di apparecchiature sensibili e componenti di impianto che generano sovratensioni (ad esempio motori, trasformatori, banchi di condensatori, ecc.?
SI
SINO
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CRL = f / (LP Ng)
• F = 1
• Ng** = 0,1 Td*
• LP = 2 LPAL + LPCL + 0,4 LPAH + 0,2 LPCH ≤ 1 km
• LPAL linea aerea BT
• LPCL linea cavo interrato BT
• LPAH linea aerea AT
• LPCH linea cavo interrato AT
Fino al primo dispositivo di protezione dalle sovratensioni
Livello di rischio calcolatoOrigine atmosferica - Articolo 443.5
Ambiente f
Ambiente rurale e suburbano 85 F
Ambiente urbano 850 F
(CR
L =
Live
llo d
i Ris
chio
Cal
cola
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Td=
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su
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km
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Valutazione livello di rischio calcolatoOrigine atmosferica - Articolo 443.5
CRL = f / (LP Ng)
CRL ≥ 1000
?
Protezione NON necessaria
Protezione necessaria
NOSI
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CEI 64-8Parte 5. Scelta ed installazione dei componenti elettriciCapitolo 53 Dispositivi di protezione, sezionamento e comandoSezione 534 Dispositivi per la protezione contro le sovratensioni transitorie
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SPDSurge Protection Device• Spinterometri• Varistori
CE
I E
N 6
1643-1
1 e
CE
I E
N 6
1643-1
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Caratteristica Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Classe di prova I II III
Forma d’onda 10/350 µs 8/20 µs 1,2/50 - 8/20 µs
Protezione V, I fulmine V indotte V indotte
Generalmente Spinterometro Varistore Varistore
Param. Caratt. IimpUcUp In ImaxUcUp Uoc
SPD Tipi e classi di prova
20
vo
lte,
* I
imp
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iva,
**
I no
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usa
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***
1 v
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V r
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ua
Sovr
aten
sio
ne
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Caratteristica Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Classe di prova I II III
Forma d’onda 10/350 µs 80/20 µs
Protezione V, I fulmine V indotte V indotte
Generalmente Spinterometro Varistore Varistore
Param. Caratt. IimpUcUp In**, Imax***, - Up Uoc
SPD Tipi e classi di prova
20
vo
lte,
* I
imp
uls
iva,
**
I no
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ale
di s
cari
ca (
usa
ta p
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p),
***
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I im
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I sca
rica
V r
esid
ua
Sovr
aten
sio
ne
Uc: tensione massima continuativa Tensione massima verso terra che lo scaricatore e in grado di sopportare permanentemente senza intervenire ne deteriorarsi.
Up: livello di protezione in tensioneCaratterizza la capacita dello scaricatore di limitare la tensione tra i suoi morsetti, selezionato da un elenco di valori preferenziali, e maggiore della piuelevata tensione residua misurata nelle classi di prova I o II.
Iimp: corrente impulsivaValore di picco della corrente di scarica con forma d’onda da 10/350 μs che l’apparecchio e in grado di scaricare verso terra almeno 20 volte consecutive senza deteriorarsi.
Uc: tensione massima continuativa Tensione massima verso terra che lo scaricatore è in grado di sopportare permanentemente senza intervenire ne deteriorarsi.
Up: livello di protezione in tensioneCaratterizza la capacita dello scaricatore di limitare la tensione tra i suoi morsetti, selezionato da un elenco di valori preferenziali, e maggiore della più elevata tensione residua misurata nelle classi di prova I o II.
Iimp: corrente impulsivaValore di picco della corrente di scarica con forma d’onda da 10/350 μs che l’apparecchio e in grado di scaricare verso terra almeno 20 volte consecutive senza deteriorarsi.
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Caratteristica Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Classe di prova I II III
Forma d’onda 10/350 µs 80/20 µs Onda combinata
Protezione V, I fulmine V indotte V indotte
Generalmente Spinterometro Varistore Varistore
Param. Caratt. IimpUcUp In ImaxUcUp Uoc
SPD Tipi e classi di prova
20
vo
lte,
* I
imp
uls
iva,
**
I no
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usa
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***
1 v
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I sca
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V r
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ua
Sovr
aten
sio
ne
Uc: tensione massima continuativa Tensione massima verso terra che lo scaricatore e in grado di sopportare permanentemente senza intervenire ne deteriorarsi.
Up: livello di protezione in tensioneCaratterizza la capacita dello scaricatore di limitare la tensione tra i suoi morsetti, selezionato da un elenco di valori preferenziali, e maggiore della piuelevata tensione residua misurata nelle classi di prova I o II.
Iimp: corrente impulsivaValore di picco della corrente di scarica con forma d’onda da 10/350 μs che l’apparecchio e in grado di scaricare verso terra almeno 20 volte consecutive senza deteriorarsi.
Uc: tensione massima continuativa Tensione massima verso terra che lo scaricatore e in grado di sopportare permanentemente senza intervenire ne deteriorarsi.
Up: livello di protezione in tensioneCaratterizza la capacita dello scaricatore di limitare la tensione tra i suoi morsetti, selezionato da un elenco di valori preferenziali, e maggiore della piuelevata tensione residua misurata nelle classi di prova I o II.
In: corrente di scarica nominaleValore di picco della corrente di scarica con forma d’onda da 8/20 μs che l’SPD è in grado di scaricare almeno 20 volte consecutive senza deteriorarsi, utilizzato per determinare il valore del livello di protezione Up dell’SPD.
Imax: corrente di scarica massimaValore di picco della corrente massima di scarica con forma d’onda da 8/20 μs che un SPD di tipo 2 e in grado di tollerare almeno una volta
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• 2 elettrodi vicini
• Circuito aperto (100 MΩ)
• Innesco (100 ns)
• V elevata
• Innesco anticipato
• Arco (0,1÷1 Ω)
• Corrente susseguente
• Fine vita: aperto
SpinterometriSPD a commutazione o ad innesco
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• 2 elettrodi vicini
• Circuito aperto (100 MΩ)
• Innesco (100 ns)
• V elevata
• Innesco anticipato
• Arco (0,1÷1 Ω)
• Corrente susseguente
• Fine vita: aperto
SpinterometriSPD a commutazione o ad innesco
tempo
I im
p. f
ulm
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Ten
sio
ne V
IV
Ten
sio
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• 2 elettrodi vicini
• Circuito aperto (100 MΩ)
• Innesco (100 ns)
• V elevata
• Innesco anticipato
• Arco (0,1÷1 Ω)
• Corrente susseguente
• Fine vita: aperto
SpinterometriSPD a commutazione o ad innesco
• If: corrente susseguenteCorrente, fornita dal sistema di alimentazione elettrica, che fluisce attraverso l’SPD a seguito di una corrente impulsiva.
• Ifi: valore nominale d’interruzione corrente susseguenteCorrente di cortocircuito presunta che un SPD e in grado di interrompere da solo.
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• Ossidi metallici
• Impedenza comandata dalla tensione
• Corrente continuativa (Ic)
• Tensione di innesco bassa (1-10 ns)
• 1 Ω – no arco
• No corrente susseguente
• Fine vita: ctocto
VaristoriSPD a limitazione di tensione
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• Ossidi metallici
• Impedenza comandata tensione
• Corrente continuativa (Ic)
• Tensione di innesco bassa (1-10 ns)
• 1 Ω – no arco
• No corrente susseguente
• Fine vita: ctocto
VaristoriSPD a limitazione di tensione
Corrente
Ten
sio
ne
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• Ossidi metallici
• Impedenza comandata tensione
• Corrente continuativa (Ic)
• Tensione di innesco bassa (1-10 ns)
• 1 Ω – no arco
• No corrente susseguente
• Fine vita: ctocto
VaristoriSPD a limitazione di tensione
tempo
I. s
cari
ca
ten
sio
ne
I
V
ten
sio
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Combinati3P+N , 1P+N
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Tipo di collegamento
CT1
4+0 3+0
L1 L2 L3 N L1 L2 L3
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Tipo di collegamento
CT2
4+1 3+1
L1 L2 L3 N L1 L2 L3
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• Tipo
– Tipo di collegamento CT1, CT2– Tipo SPD (1, 2, 3)
• Tensioni
– livello di protezione (Up) – continuativa (Uc)
• Correnti
– di scarica (In-Imax / Iimp)– di cortocircuito– susseguente
• Coordinamento
Scelta degli SPDNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.
CEI
EN
61
64
3-1
1, C
EI C
LC/T
S6
16
43
-12
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Pto intall. Origine, QEG QEG, QE, app.delicate QE, app.delicate
Protezione V, I fulmine V indotte V indotte
Tipo Tipo 1 o 2 Tipo 2 Tipo 2 o 3
Scelta degli SPD - TipoNorma CEI 64-8 Art. 534.4.3.
I im
p. f
ulm
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I sca
rica
V r
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ua
Sovr
aten
sio
ne
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• FN – PE: necessaria
• F – N: raccomandata
• F – F: facoltativa
• CT1 principalmente modo comune
• CT2 combinazione modo comune e differenziale
• X differenziale: SPD aggiuntivi F-F
TN-S o TN-C-S
SPD N-PE omesso se:– distanza (nodo N-PE/SPD) > 0,5 m
– stesso QE (nodo N-PE/SPD)
Scelta degli SPD - TipoNorma CEI 64-8 Art. 534.4.3.
CEI
EN
61
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3-1
1, C
EI C
LC/T
S6
16
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-12
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Scelta degli SPD - TensioniNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 Livello di protezione
V
SPDIMPIANTO
DA PROTEGGERE
UP (es 1400V)
UC (es 275V)
UW (es 2500V)
UR (es 230 V)
< 0,8 UW
UR
: te
nsi
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ensi
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di
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ten
sio
ne
, Uw
: te
nsi
on
e d
i ten
uta
imp
uls
iva
> 1,1 UR
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SPD tra TN TT IT
F - F 1,1 U 1,1 U 1,1 U
F–N / F-PE 1,1 U/√3 1,1 U/√3 1,1 U/√3
F - PEN 1,1 U/√3 N/A N/A
N - PE U/√3 U/√3 1,1 U/√3
Scelta degli SPD - U continuativaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.3
U
L1
L2L3
L1
L2L3
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 e Art. 534.4.8 Livello di protezione
SP
DP
RO
TE
ZIO
NE
BA
CK
UP
IMP
IAN
TO
DA
PR
OT
EG
GE
RE
U1
UB
U2
UP
U3
Ure
sid
ua
SPD a limitazione: UP/F = UP + ΔU
SPD a innesco: UP/F = max (UP, ΔU)
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 e Art. 534.4.8 Livello di protezione
SP
DP
RO
TE
ZIO
NE
BA
CK
UP
IMP
IAN
TO
DA
PR
OT
EG
GE
RE
U1
UB
U2
UP
U3SPD a limitazione: UP/F = UP + ΔU
SPD a innesco: UP/F = max (UP, ΔU)
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 e Art. 534.4.8 Livello di protezione
SP
DP
RO
TE
ZIO
NE
BA
CK
UP
IMP
IAN
TO
DA
PR
OT
EG
GE
RE
U1 (L1)
UB (LB)
U2 (L2)
UP (LP)
U3 (L3)
< 0
,5 m
1 m di cavo x 10 kA (8/20) = 1 000 VL ≤ 0,5 m -> UP/F = 1,2 x UP
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 e Art. 534.4.8 Livello di protezione
SP
DP
RO
TE
ZIO
NE
BA
CK
UP
IMP
IAN
TO
DA
PR
OT
EG
GE
RE
NODO 2
L1
SP
DP
RO
TE
ZIO
NE
BA
CK
UP
IMP
IAN
TO
DA
PR
OT
EG
GE
RE
L1+L2
NODO 1
NODO 2
NODO 1
:-(:-)
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 Livello di protezione e Art. 534.4.10
CABLAGGIO ENTRA ED ESCI
Tipo 1: 16 mm2 CuTipo 2: 6 mm2 Cu
Tipo 1: 6 mm2 CuTipo 2: 2,5 mm2 Cu
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 Livello di protezione
CIRCUITI
SPD
SPD
SI NO
LIN
EA IN
AR
RIV
O
LIN
EA IN
AR
RIV
O
CIRCUITI
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Livello di protezione e tensione residuaNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.2 e Art. 534.4.9 Livello di protezione
SP
DP
RO
TE
ZIO
NE
BA
CK
UP
IMP
IAN
TO
DA
PR
OT
EG
GE
RE
D < 10 m
CEI
EN
61
64
3-1
2
Viceversa:
• + 1 SPD: UP < UW
• SPD origine: UP < 0,5UW
+ cablaggio schermato
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Corrente (kA) Probabilità ampiezza inferiore LPL
100 97% III – IV
150 98% II
200 99% I
Scelta degli SPD – Correnti – Origine impiantoNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4 Corrente impulsiva di scarica o nominale di scarica
Ampiezza corrente di fulmine
100kA 150kA 200kA
No
rma
CEI
EN
62
30
5-1
Tab
ella
5Ta
bel
la 7
Pro
babilità c
um
ula
ta (
p.u
.)
Caratteristiche dei fulmini
• Verso:
– Discendenti
– Ascendenti
• Polarità:
– Positiva
– Negativa
• Composizione
• Durata colpi:
– Breve (< 2ms)
– Lungo (> 2ms)
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Scelta degli SPD - CorrentiNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.4 Corrente impulsiva di scarica
CEI
37
-11
20
14
(IE
C T
S 6
16
43
-12
)
100 kA
50 kA
50 kA
50/4 kA= 12,5 kA cad
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Scelta degli SPD - CorrentiNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.4 Corrente impulsiva di scarica
CEI
37
-11
20
14
(IE
C T
S 6
16
43
-12
)
100 kA
50 kA
50/4 kA= 12,5 kA cadFune guardia
L1,L2,L3
200/2=100 kA
200 kA
200/2=100 kA
100/2 = 50 kA100/2 = 50 kA
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Scelta degli SPD - CorrentiNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.1 Corrente di impulsiva di scarica (I) Tipo 1
Colleg.
Corrente di impulsiva di scarica (kA)
Monofase Trifase
CT1 CT2 CT1 CT2
L - N NA 12,5 NA 12,5
L - PE 12,5 NA 12,5 NA
N - PE 12,5 25 12,5 50
Corrisponde ai livelli di protezione III e IV della CEI EN 62305-2 (100 kA picco)
Valutazione del rischio EN 62305-2?
ex EN 62305 Tabella
NOSI
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Scelta degli SPD - CorrentiNorma CEI 64-8 Art. 534.4.4.1 Corrente nominale di scarica (In) – Tipo 2
Colleg.
Corrente nominale di scarica (kA)
Monofase Trifase
CT1 CT2 CT1 CT2
L - N NA 5 NA 5
L - PE 5 NA 5 NA
N – PE 5 10 5 20
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Scelta degli SPD - Correnti
Norma CEI 64-8 Art. 534.4.4.6 Corrente nominale di cortocircuito (ISCCR)
• F-N o F-PE: CtoCto monofase
• N-PE:
– TN o TT: Norma di prodotto IEC 61643-11
– IT: Doppio guasto a terra
ISCCR > ICC
Norma CEI 64-8 Art. 534.4.4.6 Corrente susseguente (IFI)
• F-N o F-PE: CtoCto monofase
• N-PE:
– TN o TT: Norma di prodotto IEC 61643-11
– IT: Doppio guasto a terra
IFI > ICC
SPD
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Protezione contro le sovracorrenti ctoctoNorma CEI 64-8 Art. 534.4.5
Interna/esterna
OCPD:
• Conformi art. 434
• + alto possibile
Posizione
• Continuità
• Livello di protezione
SPD
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60
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Protezione contro i contatti indirettiNorma CEI 64-8 Artt. 534.4.6, 534.4.7
Protetto anche con guasto SPD
Sistema Tipo di collegamento
CT1 CT2
TN X X
TT Solo valle RCD X
IT con neutro X X
IT senza neutro X NA
SPD a valle RCD
• RCD istantanei o ritardati MA immuni 3 kA 8/20*
• Tipo 1 sconsigliato
(* E
s. T
ipo
S E
N 6
10
08
-1 e
EN
61
00
9-1
)
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SITSurge Isolation Transfomer
CE
I E
N 6
1643-3
51 e
CE
I E
N 6
1643-3
52
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Trasformatori di isolamento
• Separazione galvanica
• Stato N
• Isolato
• Modo
• SI comune
• NO differenziale
• Armoniche 3
• Attenuazione dB*
• Corrente di carico
• Tenuta dielettrica TR
Isolation transformer NON insulation transformer
(*2
0d
B =
fat
tore
10
)
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SPD + filtri RFI/EMI
--
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SPD + filtri RFI/EMI
Attenuazione
• Fronte salita
• Tensione limitata
• Rumore inferiore soglia SPD
• Serie (corrente circuito)
No norma prodotto specifica
SPD + passa basso
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Schermature
--
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Schermo
Zs <<
A terra da un solo lato
Accoppiamento capacitivo
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Schermo
• B nullo interno «tubo»
• M13 ≅ M12
• 2 estremi a terra
• < M12
• R3 <<
• schermo ferromagnetico
Accoppiamento induttivo
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Schermo
EN 62305-4
Dimensionamento
EN
62305
-3 T
ab
ella
6 –
Ma
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ca
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(a)
EN 62305-3 Tabella 3 – Spessore minimo delle
lastre metalliche o delle tubazioni metalliche usate come captatori
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Impianti di terra, problemi di corrosione e protezione catodica
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Corrosione elettrochimicaGeneralità
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Corrosione elettrochimica
• Degrado lento proprietà materiale
• Interazione chimico-fisica ambiente*
• Trasformazione metallo ossidi**
• ossidazione (metallo, anodo)
• riduzione (O2***, catodo)
• Elettrolita
• Atmosfera
• Condensa
• Sali per contaminazione
Generalità
(*o
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Corrosione elettrochimicaGeneralità (in ambiente neutro)
metallo
elettrolita
atmosfera
Fe2+
2e
ANODO CATODO
H2O
½ O2
Fe » Fe2+ +2e ½ O2 + H2O + 2 e » 2 OH-
2OH-
Fe(OH)2
Idrossido ferroso Fe(OH)2Ione ossidrile 2 OH-Ossido ferrico idrato Fe2 OH3· H2O
2 Fe(OH)2 + ½ O2 » H2O + Fe2 OH3· H2O
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Corrosione elettrochimicaGeneralità
Fe2+
2eANODO CATODO
Fe » Fe2+ +2e ½ O2 + H2O + 2 e » 2 OH-
2OH-
10 mA/cm2 (10 1014 elettroni/s)100 mm/anno
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Corrosione elettrochimicaGeneralità (in ambiente neutro)
metallo
atmosfera
ANODO CATODO
Fe » Fe2+ +2e ½ O2 + H2O + 2 e » 2 OH-
10 mA/cm2 (10 1014 elettroni/s)100 mm/anno
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Corrosione elettrochimica
Necessaria
• Presenza ioni in movimento (acqua - elettrolita)
• Ossigeno (aria)
• Metallo (non nobile)
Passivazione
• Inox
• Al + leghe
• Titanio
• Ni + leghe
• Acciaio (CA, Cor-ten)
Sintesi
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Corrosione elettrochimica
• Ogni punto
• Statisticamente indifferente
• Corrosione localizzata (galvanica)
• Pitting
• Interstiziale
Generalità
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Corrosione elettrochimicaCorrosione galvanica
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Corrosione galvanicaPer contatto
Fe2+
2eANODO CATODO
Fe » Fe2+ +2e ½ O2 + H2O + 2 e » 2 OH-
2OH-
Acc
iaio
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on
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Ram
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Corrosione galvanica
• Densità corrente
• Differenza potenziali di elettrodo **
• Quantità di ossigeno
• Conducibilità elettrolita
• Sup.Tot./Sup.MenoNobile
• Maggiore vicino contatto
Entità corrosione*
* =
Mas
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Dis
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ANODO CATODO
2OH-
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Corrosione galvanicaSerie galvanica – Scala di nobiltà in ambiente acquoso + O2
Oro
Platino
Grafite
Titanio (passivo)
Argento
Acciaio inox 18-8
Nichel (Passivo)
Bronzo
Alluminio (passivo)
Rame
Ottone
Nichel (attivo)
Stagno
Piombo
Ghisa
Acciaio al carbonio (Ferro)
Cadmio
Zinco
Magnesio
Scala di nobiltà • Teorica
• Termodinamica: potenziale di elettrodo (valori teorici di equilibrio)• Voltaica (effetto Volta): potenziale di contatto
• Galvanica (ambiente): passivazione (es Al)
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Corrosione galvanica
• Densità corrente
• Differenza potenziali di elettrodo **
• Quantità di ossigeno
• Conducibilità elettrolita
• Sup.Tot./Sup.MenoNobile
• Maggiore vicino contatto
Entità corrosione*
* =
Mas
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Dis
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nic
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2e
ANODO CATODO
2OH-
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Corrosione galvanica
• Densità corrente
• Differenza potenziali di elettrodo **
• Quantità di ossigeno
• Conducibilità elettrolita
• Sup.Tot./Sup.MenoNobile
• Maggiore vicino contatto
Entità corrosione*
* =
Mas
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luzi
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Dis
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sca
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nic
a
2e
ANODO CATODO
2OH-
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Corrosione galvanica
• Densità corrente
• Differenza potenziali di elettrodo **
• Quantità di ossigeno
• Conducibilità elettrolita
• Sup.Tot./Sup.MenoNobile
• Maggiore vicino contatto
Entità corrosione*
* =
Mas
sa F
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so
luzi
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Dis
tan
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ella
sca
la g
alva
nic
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ANODO CATODO
2OH-
2e
Elettrolita meno conduttore
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Corrosione galvanica
Sabbia
Picchetto Fe zincato in terreno a doppio strato
Argilla Fe2+ 2e
H2O
½ O2
2OH-
Zo
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no
dic
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arg
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(min
ore
perm
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O2)
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Corrosione elettrochimicaCorrosione interstiziale
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Corrosione interstizialeMateriali passiviabili in presenza di interstizi
Metallo passivabile
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Corrosione interstizialeMateriali passiviabili in presenza di interstizi
Metallo passivabile
Fe(OH)2
2e
Fe2+
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Corrosione elettrochimicaPitting
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Pitting
Materiali
Metallici con comportamento attivo/passivo
• Ferro
• Nichel
• Acciai inox
• Ecc.
Ambienti
Aggressivi con blanda azione ossidante
• Terreno
• Acqua marina
• Condensa
• Rottura strato ossidi
• Rapporto superficie <<
Vaiolatura
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Corrosione elettrochimicaCorrente vagante
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Corrente vaganteMetalli in ambiente conduttore con ICC
Tubazione
metallica
+
-
Anodo* Catodo**
* C
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usc
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, **
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entr
an
te
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Impianti di terraCorrosione elettrochimica
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Impianto di terra
Rame
• Rischio corrosione vicini
Ferri CA
• Passivati ambiente alcalino
• Collegamento diretto
• Rischio corrosione vicini*
Ferro zincato***
• a caldo**
• spigoli arrotondati
Dispersori
* O
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rolit
ica
Dispersore
anello Cu Serbatoio Ferro
Zincato
Strato protettivo
Fe2+ Fe2+
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Impianto di terra
Rame
• Rischio corrosione vicini
Ferri CA
• Passivati ambiente alcalino
• Collegamento diretto
• Rischio corrosione vicini*
Ferro zincato***
• a caldo**
• spigoli arrotondati
Dispersori
* A
ltri
fer
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Corda Cu
Piattina
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Impianto di terra
Rame
• Rischio corrosione vicini
Ferri CA
• Passivati ambiente alcalino
• Collegamento diretto
• Rischio corrosione vicini*
Ferro zincato***
• a caldo**
• spigoli arrotondati
Dispersori
* A
ltri
fer
ri fo
nd
azio
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fer
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CC
** S
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20
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µm
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Corda Cu
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Impianto di terra
NO Alluminio
• Ossidi isolanti
NO acciaio inox
• Terreni con cloruri*
NO acciaio zincato
• Terreni molto acidi**
Dispersori
* d
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Impianto di terra
Evitare corrosione eliminare almeno 1 causa
• Materiali troppo diversi
• Elettrolita zona di contatto
Connessioni e collegamenti equipotenziali
Tubo in Rame
Morsetto RameCorda Rame
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Impianto di terra
Evitare corrosione eliminare almeno 1 causa
• Materiali troppo diversi
• Elettrolita zona di contatto
Connessioni e collegamenti equipotenziali
Tubo in acciaio zincato
Morsetto acciaio zincato
Corda acciaio zincato
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Impianto di terra
Evitare corrosione eliminare almeno 1 causa
• Materiali troppo diversi
• Elettrolita zona di contatto
Connessioni e collegamenti equipotenziali
Tubo in acciaio zincato
Morsetto rame stagnato
Corda rame
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Impianto di terra
Evitare corrosione eliminare almeno 1 causa
• Materiali troppo diversi
• Elettrolita zona di contatto
Connessioni e collegamenti equipotenziali
Morsetto ottoneCorda Rame
Tubo in acciaio zincato
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104
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Impianto di terra
Nelle murature
• Gesso/scaiola = acido
• Malta cemento = basico
Connessioni e collegamenti equipotenziali
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Protezione contro la corrosioneProtezione catodica
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Protezione catodica
Aprire il circuito isolando*** (passiva)
Funzione di catodo:
• Collegando metallo meno nobile*
• Alimentando in CC**
• Isolamento*** (passiva)
• Corrente (attiva)
… può a sua volta essere una
corrente vagante per altri
Per evitare che un metallo si corroda…
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NO
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asse
est
ran
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Tubazione
Metallica (Isolata)
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Protezione catodica
Aprire il circuito isolando*** (passiva)
Funzione di catodo:
• Collegando metallo meno nobile*
• Alimentando in CC**
• Isolamento*** (passiva)
• Corrente (attiva)
… può a sua volta essere una
corrente vagante per altri
Per evitare che un metallo si corroda…
*An
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NO
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asse
est
ran
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Elettrodo di terra
di Mg (Anodo)Tubazione
Metallica (Catodo)
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Protezione catodica
Aprire il circuito isolando*** (passiva)
Funzione di catodo:
• Collegando metallo meno nobile*
• Alimentando in CC**
• Isolamento*** (passiva)
• Corrente (attiva)
… può a sua volta essere
una corrente vagante per altri
Per evitare che un metallo si corroda…
*An
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Elettrodo di terra
(Anodo)Tubazione
Metallica (Catodo)
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Impianti di terraProtezione catodica
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Problemi di compatibilità
Esigenze contrapposte di protezione:
• contro i contatti: collegato
• catodica: isolato
Collegando a terra strutture con protezione catodica:
• Aumento corrente di protezione richiesta
• Distribuzione della corrente
• Allontanamento anodi
• Maggiore
• Sicurezza
Impianti di terra e Protezione catodica
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Impianti TTImpianti di terra e Protezione catodica
TT
Id Id
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+
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Impianti TTImpianti di terra e Protezione catodica
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+(RT+RPE) Idn ≤ 50
MRPE
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Impianti TTImpianti di terra e Protezione catodica
TT
Id Id
RN RT RTA RA
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RE
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Impianti TTImpianti di terra e Protezione catodica
RN RA
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RT
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+(RT+RPE) Idn ≤ 50
RPE
massa Massa estranea
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Impianti TNImpianti di terra e Protezione catodica
TNRN RTA RA
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RE
RPE
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Impianti TNImpianti di terra e Protezione catodica
RN RA
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Guasto MT o ATImpianti di terra e Protezione catodica
TN
UT
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Impianti di terraCorrenti vaganti
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Masse sistema TT CCImpianti di terra e correnti vaganti
+
-
* C
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ente
usc
ente
, **
co
rrente
entr
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Angelo BagginiUniversità degli Studi di Bergamo
Dipartimento di Ingegneria e Scienze ApplicateViale Marconi 5,
24044 Dalmine (BG) Italyemail: [email protected]