STRUTTURA RETE ELETTRICA
GENERAZIONE
TRASMISSIONE
in MT (10‐15 kV)
in AT (220‐380 kV)
DISTRIBUZIONE in MT e BT
Classificazione sistemi elettrici Norma CEI 64 8 ‐
Categoria 0 1
BT
2
MT
3
AT
Tensione Alternata
Tensione continua
Vn ≤ 50 V
Vn ≤ 120 V
50 V ≤ Vn ≤ 1000 V
120 V < Vn ≤ 1500 V
1 kV < Vn ≤ 30 kV
1.5 kV< Vn ≤ 30 kV
Vn > 30 kV
Vn > 30 kV
STRUTTURA RETE ELETTRICA
GENERAZIONE
TRASMISSIONE
in MT (10‐15 kV)
in AT (220‐380 kV)
DISTRIBUZIONE in MT e BT
Classificazione sistemi elettrici Norma CEI 64 8 ‐
Categoria 0 1
BT
2
MT
3
AT
Tensione Alternata
Tensione continua
Vn ≤ 50 V
Vn ≤ 120 V
50 V ≤ Vn ≤ 1000 V
120 V < Vn ≤ 1500 V
1 kV < Vn ≤ 30 kV
1.5 kV< Vn ≤ 30 kV
Vn > 30 kV
Vn > 30 kV
STRUTTURA RETE ELETTRICA Struttura del sistema Un sistema elettrico di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica consta schematicamente dei seguenti elementi: • Impianti di produzione (o meglio trasformazione!?!); • Linee di trasmissione AT; • Stazioni primarie; • Linee di distribuzione AT; • Cabine primarie; MT; • Linee di distribuzione MT; • Cabine secondarie; • Linee di distribuzione BT
La Generazione della Energia Elettrica
La GENERAZIONE della ENERGIA ELETTRICA La produzione, nei tipi di centrali più comuni, è fatta mediante un , , ad una tensione variabile tra i 10 ed i 25 kV, con potenze com rese tra i 25 ed i 500 MVA La tensione non può salire oltre per motivi tecnologici; una tale tensione è troppo BASSA per la successiva trasmissione (le perdite in linea sarebbero intollerabilmente elevate) Per questo motivo, a pochi metri dall’alternatore (di regola nel iazzale esterno al ca annone in cui uesto si trova , viene installato un trasformatore elevatore trifase, che ha la funzione di portare la tensione dal valore fornito dall’alternatore, al valore più adatto per la rete di trasmissione.
La GENERAZIONE della ENERGIA ELETTRICA Le centrali elettriche sono degli stabilimenti nei quali si effettua la CONVERSIONE di energia da una forma non elettrica ad elettrica. Esse si differenziano in base al ti o di ener ia “ rimaria” che impiegano. Si hanno impianti:
1. I r •
•
l
ri i:
Ad acqua fluente (piccola prevalenza, grande portata di acqua, adatte per grandi fiumi; inadatti alla regolazione, in quanto antieconomica) , ‐ regolazione) Di pompaggio (concettualmente si tratta di un impianto simile al prece ente, c e per viene impiegato come accumu atore, pompan o acqua verso l’alto durante la notte, e utilizzando l’energia immagazzinata durante il giorno. Rendimento totale circa del 60%, adatte alla regolazione)
1. Impianti IDROELETTRICI ad acqua fluente p: www.ene .
s a en ra ma n. m
Non dispongono di alcuna capacità di regolazione degli afflussi, per cui la portata sfruttata coincide con quella disponibile nel corso d'acqua (a meno di una quota detta deflusso minimo vitale, necessari per salvaguardare l'ecosistema); quindi la turbina pro uce con mo e emp o a men e pen en dalla disponibilità del corso d'acqua. Le turbine delle centrali ad acqua fluente sono azionate dall'acqua di un fiume. Il dislivello tra l'alto e il basso corso del fiume è minimo se paragonato a quello delle centrali ad accumulazione. Per contro la ' . Le centrali ad acqua fluente funzionano ininterrottamente, coprendo la domanda di base: sono quindi centrali di base. La produzione di elettricità dipende dalla portata del fiume: di norma in Italia queste centrali producono più energia nelle
1. Impianti IDROELETTRICI p: www.ene .
Bacino di carico
Diga e s illamento
s a en ra ma n. m
Salto (m) Centrale
Griglia di filtraggio Alla rete
Cabina
Portata (m3/s) Generatore Turbina
Potenza (kW) 7 x Salto x Portata ≈
Bacino inferiore
1. Impianti IDROELETTRICI di pompaggio p: www.ene .
s a en ra ma n. m
CENTRALI IDROELETTRICHE
rancis Pelton
acino idroelettrico (bassa caduta) Bacino idroelettrico (alta caduta)
(p elevato) edia elocità Alta velocità (p=1,2)
2. Impianti TERMOELETTTRICI
Le centrali termoelettriche, sostanzialmente, sono costituite da sistemi di conversione che utilizzano l'energia chimica dei combustibili per trasformarla in energia elettrica . Le centrali termoelettriche sono caratterizzate da una caldaia, alimentata automaticamente dal deposito che contiene il combustibile e attraversata da una serpentina nella quale circola l'acqua. L'acqua, grazie alla combustione e all'energia termica conseguente, viene riscaldata fino a 300°C e si trasforma ° . Il vapore convogliato sulla turbina, cede la sua energia cinetica facendo ruotare la stessa.
2. Impianti TERMOELETTTRICI
La turbina, collegata all'asse dell'alternatore lo trascina in rotazione. Nell'alternatore, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, l'energia meccanica trasmessa dalla turbina, viene trasformata in energia elettrica. L'energia elettrica prodotta dall'alternatore viene trasmessa al trasformatore che ne innalza la tensione, per evitare perdite, prima di immetterla nella rete di distribuzione. . Il camino provvede ad espellere nell'atmosfera i fumi della combustione.
2. Impianti TERMOELETTTRICI •
A vapore (impianto a ciclo Rankine‐Hirn; viene prodotto vapore che evolve in una turbina; il combustibile può essere gas, gasolio, o carbone; lente in regolazione, che è antieconomica)
a gas; molto veloci in regolazione) •
A ciclo combinato (impianto a turbogas, in cui con i gas ad alta temperatura che si hanno allo scarico vengono utilizzati per produrre vapore che aziona una turbina a vapore; il rendimento è migliore)
3. Impianti TERMONUCLEARI Impianto a vapore, in cui la vaporizzazione è ottenuta a spese dell’energia prodotta da una reazione di fissione nucleare controllata; inadatte alla regolazione, che inoltre è antieconomica. Ogni centrale è formata da un reattore protetto da una campana di rivestimento e da un sistema di raffreddamento in cui circola l'acqua presa da un fiume o dal mare. L energ a term ca orn ta a a fissione dei nuclei di atomi di uranio, che ha luogo nel reattore nucleare.
L' acqua, riscaldata dal calore prodotto durante la fissione, viene trasformata in vapore . Il vapore mette in funzione una turbina collegata con un alternatore che produce energia elettrica. Il vapore uscito dalla turbina passa in un condensatore dove viene raffreddato e trasformato in acqua. Questa acqua v ene nv ata a reattore per essere r ut zzata.
4. Impianti FOTOVOLTAICI Producono energia tramite la conversione diretta realizzata da celle fotovoltaiche di energia da luminosa ad elettrica; la potenza è limitata dall’insolazione; sono ’ piccoli fari, boe luminose, etc. I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono
• • •
•
Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole; Regolatore di carica, deputato a stabilizzare l'energia raccolta e a gestirla all'interno del sistema; Batteria di accumulo, costituita da una o più batterie ricaricabili conservare la carica elettrica fornita dai moduli in presenza di sufficiente irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte degli apparecchi elettrici utilizzatori. Inverter altrimenti detto convertitore DC/AC, deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello (solitamente 12 o 24 volt) in una tensione alternata (AC) più alta , volt per impianti con potenze oltre i 5 kW)
5. Impianti SOLARI
Producono energia tramite la pro uz one vapore a opera dell’energia solare; potenza limitata dall’insolazione
6. Impianti EOLICI Sfruttano l’ener ia del vento tramite rosse eliche; installabili in località in cui i venti soffino con costanza, per avere redditività, senza punte improvvise, per evitare danneggiamenti. Un impianto eolico è costituito da una o più turbine (aerogeneratori) che trasformano l’energia cinetica del vento in energia elettrica, operando attraverso il semplice principio di seguito illustrato. La rotazione è successivamente trasferita, attraverso un apposito sistema meccanico di moltiplicazione dei giri, ad un generatore elettrico e l’energia prodotta, dopo essere stata adeguatamente trasformata, viene immessa nella rete elettrica.
Il vento fa ruotare un , formato di due o tre pale e collegato ad un asse orizzontale.
7. Impianti GEOTERMICO ru ano energ a erm ca proven en e a terreno in particolari siti, quali i soffioni di Larderello, nel Grossetano
enera men e ne e a ua cen ra geotermoelettriche si sfrutta la pressione esercitata dal vapore contenuto negli acquiferi geotermici per muovere una turbina Rankine accoppiata ad un generatore. L’enorme pressione dei geyser spinge i vapori fino a un altezza che varia dai 20 ai 70 metri. L’energia di , incanalata può alimentare direttamente una turbina a vapore e produrre una quantità notevole di energia. Di questo tipo sono le centrali di Lardarello in Toscana, in Islanda questa tecnologia è molto sfruttata, la centrale più grande è "The Geyser", che si trova circa 140 con una potenza totale di 750 MW.
8. Impianti MAREOMOTORI Sfruttano l’energia delle maree; impiegabili soltanto dove le maree siano molto forti, e l’estuario di un fiume sia sufficientemente ampio da poter essere usato come bacino. Impianto tipico: centrale di Saint Malo alla foce del fiume Rance, sulla costa Atlantica della Francia. Sfrutta la marea che da quelle parti raggiunge 13,5 m di dislivello La portata raggiunge 18.000 metri cubi di acqua al secondo e la produzione annua della centrale copre il 3 % del fabbisogno elettrico della Bretagna. a cen ra e compren e una ga n pietrame, 6 chiuse di entrata e uscita per vuotare e riempire rapidamente la , appositamente.
Impatto delle “rinnovabili”
Energia elettrica da rinnovabili, 1994
‐
Da notare la costanza della geotermica, il significativo aumento delle biomasse e rifiuti, la scarsità dell’eolica, l’inconsistenza della solare
Ogni centrale comprende anche una serie di altre apparecchiature di manovra e pro ez one: • INTERRUTTORI • SEZIONATORI • TV (trasformatori di tensione) • • Sistemi di regolazione •
La produzione in ITALIA L'Italia non dispone di consistenti riserve di della materia prima utilizzata viene importata dall'estero. , dal 2005 gestisce la rete di trasmissione nazionale, la maggior parte delle centrali gas naturale (65,2% del totale termoelettrico nel 2007), carbone (16,6%) e derivati etroliferi 8 6% . Percentuali minori (circa il 2,1%) fanno riferimento a gas derivati (gas di acciaieria, di altoforno, di raffineria) e a un generico paniere di "altri combustibili" (circa il 7,3%) in cui sono comprese diverse fonti combustibili "minori", sia fossili che rinnovabili (biomassa, rifiuti, coke di petrolio, Orimulsion, bitume e altri).
Variazioni percentuali fonti di energia non rinnovabile in Italia. Elaborazione da dati ubblicati da Terna
La produzione in ITALIA La maggior parte dell'energia elettrica dalle fonti rinnovabili cosiddette "classiche". Le centrali idroelettriche ' e in alcune zone appenniniche) producono il 10,7% del fabbisogno energetico lordo; le (essenzialmente in Toscana) producono l'1,5% della potenza elettrica mentre le "nuove" fonti rinnovabili come l'eolico con parchi eolici diffusi principalmente in Sardegna e nell'Appennino meridionale), sebbene in crescita, producono ancora solo l'1,1% della potenza elettrica richiesta. Percentuali ancora minori vengono prodotte con il solare in impianti connessi in rete o isolati
Variazioni percentuali fonti di energia rinnovabile in Italia. Elaborazione da dati pubblicati da GSE / Terna
Le FONTI ENERGETICHE in ITALIA Numero di impianti (2009) Serie1 32012
2022
682
241
Idroelettrici
Termoelettrici
Eolici
1 Fotovoltaici
Geotermica
La produzione in ITALIA in termini di Idroelettrici
Termoelettrici
Eolici
3% 0%
1% 21%
75%
Fotovoltaici
Geotermica
ENERGIA RICHIESTA IN ITALIA
La richiesta di potenza durante la giornata: Si definisce diagramma di carico la curva della potenza attiva prelevata dall’utenza in funzione del tempo.
differente in dipendenza del periodo dell’anno, se la giornata è feriale o festiva, etc.
Stima del carico di potenza, espresso in MW, r c esto ne g orno success vo ora per ora Valori relativi al 01 Luglio 2006
Tecniche di Regolazione In una rete elettrica è indispensabile mantenere l’equilibrio delle potenze attive (se manca varia la frequenza), e delle potenze reattive (se manca varia la tensione). A tale scopo esiste un centro in cui vengono convogliati tutti i dati di produzione e di assorbimento, e vengono predisposti gli ordini di servizio , , possibilità di regolazione. In linea di massima gli impianti di produzione saranno divisi in quattro •
Impianti inadatti alla regolazione: in servizio alla massima potenza per 24 ore al giorno (nucleari, ad acqua fluente)
•
Impianti poco adatti alla regolazione: in servizio a potenze poco diverse nell’arco della giornata (termoelettrici a vapore)
•
a a rego az one: nser , mp an a a s nser e rego a piacere nell’arco della giornata (a salto ed a pompaggio)
•
Impianti per la gestione dei picchi improvvisi di potenza: (turbogas: hanno la possibilità di prendere carico con un preavviso minimo, se mantenuti in riserva calda, cioè in rotazione a vuoto)
a
La Trasmissione della Energia Elettrica
La TRASMISSIONE dell’ENERGIA ELETTRICA In Italia i valori utilizzati per la trasmissione sono di 132, 220, 380 kV , intesi come . , maggiori, talvolta si usano valori ancora maggiori (in Canada anche 765 kV) Le rete a 380 kV è stabilmente interconnessa a livello Europeo, perché ciò migliora grandemente la stabilità, e l’affidabilità di rete (in pratica è un'unica rete di potenza pari alla somma di tutte le potenze delle reti dei vari Paesi; pertanto un eventuale perdita di un generatore è meno problematica) Inoltre, sulle reti che connettono l’Italia con i Paesi confinanti, transita l’energia che viene acquistata dall’estero Ovviamente l’insieme di queste reti è interconnesso in svariati punti, tramite l’impiego di opportuni trasformatori. Tali punti prendono il nome di CABINE o .
La TRASMISSIONE ’ DATI ENEL Linee • 20.098 km di linee in alta tensione • 329.850 km di linee in media tensione • 706.187 km di linee in bassa tensione
Cabine • 1.906 cabine primarie con una potenza di ras ormaz one c rca . • 403.874 cabine secondarie con una . MVA
La TRASMISSIONE dell’ENERGIA ELETTRICA Nelle cabine primarie, di regola sono contenute tutte le apparecchiature di manovra e controllo, e possono coesistere sistemi a diversa tensione, per esempio linee a 220 e 380 kV con interconnessione ossono inoltre essere resenti svariate linee in media tensione per la distribuzione M.T. locale. Le utenze più grosse (stabilimenti industriali, acciaierie, carichi comunque imponenti) possono essere alimentati DIRETTAMENTE in alta tensione (fino a 220 kV). Ovviamente devono fornire certe garanzie tecniche. Le linee di trasmissione sono di regola realizzate con elettrodotti, cioè conduttori nudi, sospesi tramite isolatori a tralicci metallici; l’utilizzo di cavi sotterranei è poco praticato sopra i 132 kV, a causa delle difficoltà tecniche e dei costi esorbitanti che comporta con il crescere della tensione. Le linee A.T. sono alimentate con trasformatori con avvolgimento A.T. collegato a stella, con centro ste a co egato a terra. Ad oggi, dato l’assorbimento di potenza elevato, nelle grandi città si entra con cavi , “ ”, poterle realizzare negli spazi ristretti disponibili in città. Praticamente l’unica struttura appariscente risulta essere il trasformatore A.T. – M.T.
La Distribuzione della Energia Elettrica
La DISTRIBUZIONE in Media Tensione (MT) •
li nee MT MT : si dipartono dalle cabine secondarie, vale a dire Le linee strutture nelle quali arriva un alimentazione AT e, tramite un trasformatore, viene prodotta la MT che alimenta le linee in uscita.
•
distr ibuzione MT MT di regola è realizzata mediante cavi nei La distribuzione centri abitati, ed in elettrodotto in zone rurali. I cavi MT vengono
operazioni di scavo. •
’ grossi centri residenziali), oppure ad alimentare le cabine pubbliche MT–BT, che si possono facilmente vedere in città.
•
Le line linee e MT MT son sono o alim alimen enta tate te da da tras trasfo form rmat ator orii con conne ness ssii a triangolo, e quindi non connesse a terra in alcun punto.
,
La DISTRIBUZIONE in BASSA TENSIONE (BT) •
li nee MT MT : si dipartono dalle cabine secondarie, vale a dire Le linee strutture nelle quali arriva un alimentazione AT e, tramite un trasformatore, viene prodotta la MT che alimenta le linee in uscita.
•
distr ibuzione MT MT di regola è realizzata mediante cavi nei La distribuzione centri abitati, ed in elettrodotto in zone rurali. I cavi MT vengono
operazioni di scavo. •
’ grossi centri residenziali), oppure ad alimentare le cabine pubbliche MT–BT, che si possono facilmente vedere in città.
•
li nee MT MT sono alimentate da trasformatori connessi a Le linee triangolo , e quindi non connesse a terra in alcun punto.
,
La DISTRIBUZIONE in BT E’ presente un trasformatore MT BT con secondario connesso tipicamente a stella, in modo da poter alimentare un sistema di distribuzione a 4 fili, il qua e v ene por a o ne pun orn ura ura a u en e um naz one s ra ra a e, piccole industrie, esercizi commerciali, utenze domestiche) ‐
Le linee BT moderne sono di regola realizzate in cavo (insieme di conduttori raggruppati, ognuno isolato separatamente), che può essere posato in modi diversi: • in canaletta murata • in canaletta interrata sos eso eso con con fune fune ort ortante ante etc. etc. • sos Per la distribuzione all’interno di impianti industriali vengono utilizzate le , metallica, che contengono sbarre conduttrici nude, isolate tra loro e dalla canaletta metallica; tali strutture costituiscono moduli standardizzati (lineari, ango ar , er vaz on , e c. e perm perme e ono a ve oce rea zzaz zzaz one e mo ca impianti di distribuzione interna.
La DISTRIBUZIONE in BT Le norme dispongono che il colore del rivestimento isolante dei cavi di bassa tensione deve corrispondere alla funzione assegnata al cavo
•
Conduttore di protezione, di terra, equipotenziale
•
Conduttore di neutro
•
Blu chiaro
Giallo‐verde
Linee elettriche Sono cost tu te a p con uttor mutuamente so at c e s sviluppano parallelamente per connettere apparecchiature elettriche (generatori, trasformatori, carichi). IMPIEGO:
‐ ‐
sistemi elettrici di potenza sistemi elettrici di segnale
TIPOLOGIE: a) Numero di conduttori
‐
linee bifilari
‐ ‐
linee a 3 o 4 fili
b) Isolamento Linee aeree ‐ Linee in cavo ‐
(conduttori nudi distanziati) (conduttori dotati di guaine isolanti)
Fino a varie centinaia di km nei grandi elettrodotti per la trasmissione dell’energia.
Linee elettriche AEREE
Circuito equivalente a costanti concentrate r’, l’,g’ e c’
sono i parametri per unità di lunghezza
=
LINEA in CAVO a f=50 Hz
SOVRATENSIONI Si definisce sovratensione una tensione che supera il valore di picco della massima tensione in regime permanente, presente in un impianto nelle con z on or nar e unz onamen o. Le sovratensioni rappresentano la principale causa di guasto delle apparecchiature , ’ . Gli isolamenti devono essere dimensionati in modo da offrire adeguata sicurezza anche nei confronti di eventuali sovratensioni.
Conseguenze delle SOVRATENSIONI • Cedimento dell’isolamento •
us one e con u or
• Distruzione di com onenti essenziali • Corto circuiti che possono provocare
SOVRATENSIONI CAUSE INTERNE (variazioni di regime) • Manovre sugli impianti (apertura o chiusura interruttori) • • Risonanze • Contatti accidentali di un impianto con un altro a tensione eserc z o magg ore
SOVRATENSIONI • Fenomeni di origine atmosferica (fulminazioni dirette e indirette) i (t) = I 0
exp(− t Te ) − exp − t T f
I0 = 10‐200 kA Tf = 0.5 – 1.5 μs Te = 50‐100 μs
IL FULMINE po ar
leader
nega va
Return stroke
FULMINE ASCENDENTE (polarità negativa)
leader
Return stroke
SOVRATENSIONI Fulminazione diretta
Fulminazione indiretta
Fulminazioni dirette ed indirette Fulminazione diretta di un elettrodotto
Fulminazione indiretta di un elettrodotto
Dispositivi di Protezione dalle • SCARICATORI AD ASTA (Spinterometri)
’ , arco tra le punte dell’asta che costituisce la via preferenziale attraverso cui si scarica la sovratensione
Linea aerea 220 kV con isolatori di sospensione in vetro
56
Dispositivi di Protezione dalle • SCARICATORI AD OSSIDO DI ZINCO (Varistori) Caratterististica tensione corrente non lineare: • alta impedenza rispetto a terra durante le condizioni normali di funzionamento • corto circuito a terra in presenza di una sovratensione ‐
SCARICATORI conduttore in tensione
corpo isolante
●
●
●
elettrodi spinterometrici
conduttore in tensione
spinterometrici corpo isolante
Resistore non neare
Nella versione spinterometrica, sono costituiti da due elettrodi affacciati posti ad una certa distanza: uno di essi fa capo alla linea da proteggere mentre l’altro è collegato direttamente a terra. Quando la tensione di linea supera la rigidità dielettrica dell’aria interposta fra gli elettrodi, si verifica un arco elettrico, che costituisce la via preferenziale attraverso la qua e s scar ca a sovra ens one: a s anza ra e pun e pen e a va ore e a tensione per la quale si desidera che avvenga l’innesco dell’arco. Gli scaricatori a resistenza non lineare sono realizzati ponendo in serie uno praticamente costante la tensione ai capi della protezione.
Dispositivi di Protezione dalle • Esempio di SCARICATORI AD OSSIDO DI ZINCO Condizione normale di funzionamento:
Circuito aperto – im edenza molto elevata
v
In presenza di sovratensione:
v(t)
SOVRACORRENTI e Dispositivi di Manovra e Interruzione
SOVRACORRENTI Si ha sovracorrente quando la corrente assorbita da un essere fornita e sopportata dalla linea.
• SOVRACCARIC0 – Superamento dei valori di corrente per i quali una linea o un’apparecchiatura sono dimensionate (In) (e.g. Spunto
• CORTO CIRCUITO – ontatto tra ue e ement e mp antonon equ potenz a . Le correnti di cto cto possono essere molto elevate in ’ .
APPARECCHI DI MANOVRA E INTERRUZIONE La gestione e la sicurezza di una rete elettrica è affidata a queste apparecchiature che devono provvedere a: 1)
Realizzare manovre richieste dalle esigenze dell’utenza in condizioni di esercizio ordinario
2
Far fronte in maniera automatica ad anomalie di funzionamento che ossono costituire pericolo per le cose o persone
–
anua
– Apertura e chiusura di una linea sottocarico anche in condizioni di corto circuito
INTERRUTTORI Un interruttore è generalmente realizzato mediante due elettrodi: uno fisso ed uno mobile. ● Nella posizione di interruttore chiuso l’elettrodo mobile è pressato contro l’elettrodo fisso. ● Nella posizione di interruttore aperto l’elettrodo mobile è separato dall’elettrodo fisso da uno spessore di materiale isolante Durante il processo di apertura dell’interruttore, al momento del distacco dell’elettrodo mobile da quello fisso, nasce un arco elettrico (E = V/d > K = rigidità ’ raggiunto la posizione di fine corsa, corrispondente allo stato di interruttore aperto.
Esempio di n erru ore in olio per MT
CARATTERISTICHE DEGLI INTERRUTTORI TIPI DI INTERRUTTORI ● ● ● ● ●
Interruttori in olio Interruttori ad aria compressa Interruttori ad esafluoruro di zolfo SF Interruttori in aria a deionizzazione magnetica (DEION) Interruttori sotto vuoto
PRINCIPALI CARATTERISTICHE FUNZIONALI DEGLI INTERRUTTORI ●
●
●
Tensione nominale: tensione che l’interruttore è in grado di sostenere indefinitamente nella posizione di interruttore aperto. Corrente nominale: corrente che l’interruttore è in grado di sostenere indefinitamente nella posizione di interruttore chiuso. Potere di interruzione: massima corrente va ore e icace se in corrente alternata) che l’interruttore è in grado di interrompere
2)
CONTATTORI – Manuali – Automatici
Interruzione delle sole correnti di
normale esercizio
3)
SEZIONATORI – Manuali –
Interruzione della continuità elettrica in linee a vuoto (I=0)
u oma c
N.B. Nella fase di interruzione del circuito si apre prima l’interruttore e poi il sezionatore.
3)
SEZIONATORI
I sezionatori sono destinati ad interrompere la continuità elettrica per le sole linee a vuoto. Pertanto sono sempre inseriti a monte e a valle di un interruttore. I loro contatti, spesso del tipo a coltello, sono generalmente visibili e forniscono, in tal modo, una sorta di assicurazione visiva sullo stato di apertura della linea.
circuito aperto
chiusura chiusura apertura sezionatori interruttore interruttore
apertura sezionatori
4)
FUSIBILI
Dispositivo di protezione dalle sovracorrenti: interrompe correnti di corto circuito elevate.
E’ costituito da un filo in lega metallica a basso punto di fusione
4) FUSIBILI a
b
I fusibili sono i più semplici dispositivi di protezione contro le sovracorrenti. Sono costituiti essenzialmente da un corto conduttore in lega a basso punto di fusione alloggiato entro un apposito contenitore. Il simbolo del fusibile è riportato in figura (a); il simbolo di figura (b) si riferisce invece al fusibile dotato di indicazione a tratto spesso dell’estremo che rimane in tensione dopo l’intervento. Dopo l’intervento, il fusibile va sostituito per ristabilire la connessione elettrica e mp an o.
I fusibili vengono sempre inseriti a monte dell’impianto seguiti da un interruttore . , normalmente, la protezione venga garantita dall’interruttore automatico e quindi sia possibile, ad eliminazione del guasto avvenuta, procedere al ristabilimento delle ’ ’
RELE’ ’
•
•
.
CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA ALLA QUALE SONO SENSIBILI: – o me r c – Amperometrici – Wattmetrici – Frequenzimetrici – Ad impedenza – Termici – Tachimetrici CLASSIFICAZIONE IN BASE AL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: – Elettromagnetici – Elettrodinamici – Ad induzione – Di massima – Di minima – D erenz a e
RELÈ MAGNETICO empo
I
Caratteristica di intervento
A
EM
Zona di
C
FEM
M
FM
C
Tin
Is = 8‐10 In
Corrente
parte fissa (EM) ed una parte mobile (A). La parte mobile è tenuta in posizione da una forza di natura magnetica (FEM), proporzionale alla corrente I, ed una forza di natura , . ●
●
●
Ad ogni valore della corrente I corrisponde una posizione di equilibrio della parte mobile, tanto più prossima alla parte fissa quanto più elevato è il valore della . Quando la corrente raggiunge il valore di intervento, la posizione di equilibrio della parte mobile fa sì che venga attivato il meccanismo di apertura ’ Il tempo di intervento è molto breve, praticamente indipendente dal valore della corrente.
RELÈ TERMICO Caratteristica di intervento
Tempo
intervento
5 sec
I 5 sec = 4 In ●
●
●
Corrente
. Ad ogni valore della corrente I corrisponde un valore della temperatura di regime della lamina, tanto più alto quanto più elevato è il valore della corrente. , , dovuta al diverso valore del coefficiente di dilatazione termica dei metalli costituenti. Quando la temperatura raggiunge il valore di intervento, la curvatura della lamina fa sì ’ . Il tempo di intervento è tanto più breve quanto più alta è la sovracorrente.
RELÈ MAGNETO TERMICO ‐
re magneto‐term co cost tu to a un re magnet co e un re correnti di intervento sono coordinate in modo che:
term co e cu
Caratteristica di intervento
Tempo
Zona di intervento Termico
Magnetico
2) il relè magnetico solo in caso di sovracorrenti di elevata ‐
quella nominale), sicuramente dovute a corto‐circuiti resenti nell’impianto.
Tin
Is = 8‐10 In
Corrente
1) Il relè termico interviene con un tempo di intervento inversamente proporzionale alla intensità della sovracorrente in caso di sovracorrenti di modesta entità (sovraccarichi) che possono anche essere dovute a “normali” transitori dell’impianto.
I relè magnetico, termico, magnetotermico intervengono SEMPRE ’ 4 ad 8‐10 volte). A esempio, in un utenza omestica con corrente nomina e i 15 A, la corrente di intervento non è inferiore a 60 A.
La corrente pericolosa per l’uomo è di 50 mA !
’
RELE’ DIFFERENZIALE
RELE’ DIFFERENZIALE (salvavita)
’ IMPIANTI INDUSTRIALI: IΔ = 300 mA Δ
UTENZE PARTICOLARI:
=
IΔ = 10 ma
EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA
La corrente elettrica, attraversando il corpo umano, produce effetti che possono essere dannosi, fino a portare alla morte, a seconda del valore della intensità della corrente, della frequenza e del tempo di contatto. Comunque sia il tipo di contatto elettrico, il corpo umano, o animale in genere, subisce il fenomeno dello shock elettrico, più semplicemente detto elettrocuzione o folgorazione , cioè risulta essere sottoposto al passaggio della corrente elettrica che da luogo a fenomeni elettrofisiologici variabili le cui conseguenze possono essere a vo te anc e eta no a a morte. In Italia muoiono per infortuni elettrici centinaia di persone l'anno e il caso più ricorrente è proprio il contatto diretto, rappresentante ben due terzi del totale, particolarmente su prese a spina e condutture. In altre parole, l’uomo, in presenza di contatto elettrico diretto o indiretto, risulta essere parte integrante dell’impianto elettrico e come tale offre una propria resistenza elettrica, sottoposta ad una certa differenza di potenziale (tensione di contatto) e attraversato da una certa corrente.
Contatti diretti e indiretti
Contatto diretto:
contatto con arti metalliche normalmente in tensione. Tale contatto generalmente risulta non intenzionale ma non è da escludere, a volte, la volontarietà da parte di persone non professionalmente addestrate o competenti in materia.
Contatto indiretto: contatto con parti normalmente non in tensione ma che possono, in caso di guasto o cedimento dell'isolamento, trovarsi in tensione; è il tipico caso dell'involucro metallico di un elettrodomestico o dell'impugnatura di un untensile elettrico portatile, ecc. Per il contatto indiretto non ha alcun senso parlare di volontarietà da parte di un mal capitato.
Effetti Fisiopatologici della corrente La corrente elettrica, attraversando il corpo umano, produce effetti che possono essere annos , no a por are a a mor e, a secon a e va ore e a n ens della corrente, della frequenza e del tempo di contatto: ●
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e an zzaz one e musco : musco anc e que c e pres e ono a a respirazione) rimangono contratti, indipendentemente dalla volontà della persona. Fibrillazione ventricolare: il cuore perde la sua capacità di contrarsi ritmicamente e non è più in grado di assicurare la circolazione sanguigna. Ustioni: il passaggio della corrente elettrica produce dissipazione di energia per effetto Joule e conseguente incremento della temperatura. Le ustioni pro otte risu tano partico armente annose in quanto interessano anche i tessuti interni del corpo
CURVA DI SICUREZZA CORRENTE TEMPO ‐
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Zona 1 ‐ Se la corrente (valore efficace) è inferiore alla soglia di percezione (0.5 enomeno non v ene percep o m
Curva di sicurezza della corrente elettrica in regime di corrente alternata con una .
Zona 2 Se la corrente è inferiore alla ‐
persona riesce a sottrarsi volontariamente al contatto senza . ●
Zona 3 ‐ Se la corrente supera la soglia di interrotto da un dispositivo esterno prima di un tempo limite, individuato dalla curva di sicurezza affinchè la persona non abbia conseguenze (tetanizzazione e disturbi reversibili al cuore, aumento della pressione sanguigna, difficoltà respiratorie).
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ona – s pu arr vare a a ventricolare e alle ustioni.
r az one
La resistenza del corpo umano a res s enza e e r ca o er a a corpo umano, a passagg o e a corren e e e r ca,
dipende dal tipo di contatto e da una serie di altri fattori quali:
• • • •
Abbigliamento Callosità delle mani ….
Ruomo=1÷5 kΩ
Resistenza corpo umano
Valore medio:
Ruomo= 3 kΩ
Tensioni pericolose:
V>45 V
IMPIANTO DI TERRA SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA: 1
O r re una v a umano
r torno a e corrent
guasto
versa a que a o erta a corpo
2)
Determinare l’intervento delle protezioni in tempi opportuni
3)
Rendere equipotenziali strutture metalliche suscettibili di essere toccate contemporaneamente.
IMPIANTO DI TERRA Dispersore di terra Resistenza di terra
Tensione di passo Tensione che può risultare applicata tra i piedi di una persona a distanza di un asso durante 1 m un cedimento dell’isolamento
Tempo eliminazione del guasto [s] Tensione massima di passo [V] >2 50
0.8
80
0.7
85
. < 0.5
160
Classificazione dei sistemi di distribuzione dell’energia elettrica
In ITALIA: Sistema TT Si hanno correnti di guasto a terra dell'ordine di qualche ampere, o, al massimo, di qualche decina di ampere.
Il sistema TT è inoltre caratterizzato dal pericolo che il neutro vada in tensione sia per guasti in cabina che per effetto di tutte le correnti di dispersione delle utenze servite.
SICUREZZA ELETTRICA NEGLI IMPIANTI DI DISTRIBUZIONE DELLA ENERGIA ELETTRICA IN BT 1 2 3
i g
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1 2 3 n
b)
i g
La distribuzione della energia elettrica in BT viene fatta mediante linee elettriche trifase V c = 380 V co i o neutro co egato a terra. Si definisce massa ogni conduttore, accessibile dalle persone, che è separato dai conduttori attivi dall’isolamento principale e che quindi normalmente non è in tensione r spe o a erreno, ma va n ens one quan o s rompe so amen o pr nc pa e. Il contatto di una persona con un conduttore in tensione, con conseguente elettrocuzione, può avvenire, con una massa, in presenza della rottura dell’isolamento , diretto, figura b)
Contatto indiretto con massa non a terra
Contatto indiretto con massa a terra
