Caratteristiche del vettore elettrico

• Praticità d’uso

• Facilità di trasporto

• Qualità della conversione

• Utilizzo dell’energia nucleare

• Scarsa accumulabilità

combustibili nucleari

combustibili fossili

10610-

- 61

accumulatori elettrochimici

condensatori

industriali

kWh / kg

Energia contenuta nell’unità di massa

Struttura di un sistema elettrico per l’energia

Caratteristiche peculiari:

- grande estensione;

- stretta integrazione;

- impossibilità di accumulo di energia elettrica in forma diretta.

Conseguenze (valide a livello europeo):

- Necessità di un elevato coordinamento nella gestione del sistema.

Struttura di un sistema elettrico per l’energia

Specifiche di base

- Tensione sinusoidale costante (valore efficace della componente fondamentale).

Specifiche di base

- Perché la tensione deve essere sinusoidale?

dtic

v

dtiqdt

dqi

c

qvvcq

c

cc

1

dt

dil

dt

dv

ili

l

lconl

lconl

con

Specifiche di base

- Sistema trifase (simmetrico ed equilibrato):

- Antonio Pacinotti e la “macchinetta” (1858)

- Galileo Ferraris e il campo magnetico rotante (1885)

1

2

H 1

H 2

H ris

3

H 3

1

2

H 1

H 2

H ris

tipo di distribuzionetipo di distribuzione

UU UU UU UU UU UU

GG

UU UU UU UU UU UU

GG

regolato aregolato aV=costanteV=costante

regolato aregolato aI=costanteI=costante

distribuzione in derivazionedistribuzione in derivazione

distribuzione in seriedistribuzione in serie

U U U U U U

G

CORTO CIRCUITO

U U U U U U

G

DISSERVIZIO

GUASTO

UU UU UU UU UU UU

GG

INTERRUZIONE di CIRCUITOINTERRUZIONE di CIRCUITO

DISSERVIZIODISSERVIZIO

GUASTOGUASTO

UU UU UU UU UU UU

GG

UU UU UU UU UU UU

GG

UU UU UU UU UU UU

GG

regolato aregolato aV=costanteV=costante

regolato aregolato aI=costanteI=costante

V I

Specifiche di base

- Frequenza costante (rete sincrona a 50 Hz) ed uguale in tutta l’Europa Occidentale

- Perché la frequenza deve essere costante?

- Problemi legati al buon funzionamento dei carichi.

- Problemi legati alla sicurezza di funzionamento dei generatori.

Caratteristiche particolari

- Distanza tra centri di produzione e centri di carico,

- Impossibilità di trasferire potenza lungo un percorso assegnato.

- Necessità di trasportare potenza attiva.

- Necessità di trasportare potenza reattiva.

Cenni storici

- I primi generatori in c.c. furono sviluppati, a livello industriale, da Gramme e da Brush attorno al 1870.

- Nel 1882 viene costruita la prima linea in c.c. Kiesbach-Monaco (57 km, 2 kV, 1.5 kW).

- Nel 1883 viene costruita la seconda linea in c.c. a Santa Redegonda (2 x 110 V).

- Tra il 1887 e il 1889 venne costruita la linea in c.c. Isoverde-Genova (27 km, 2.2 kV, 100 kW) successivamente potenziata fino a 540 kW.

Cenni storici

- Fra il 1875 ed il 1880 Gramme e Siemens svilupparono le prime applicazioni industriali in c.a. che portarono negli anni successivi allo sviluppo di questa tecnologia.

- Nel 1886 entrarono in servizio due alternatori monofase, a Roma e a Tivoli.

- Nel 1892 la centrale di Tivoli venne collegata a Roma con la prima linea di trasmissione in c.a. del mondo (5 kV).

- A seguito della scoperta del campo magnetico rotante viene costruita in Germania nel 1891 la prima linea trifase del mondo (178 km, 25 kV, 170 kW).

- Nel 1898 entra in servizio la linea Paderno-Milano (32 km, 13 kV, 10.5 MW).

Cenni storici

- Agli inizi del XX secolo la tensione dei sistemi di trasmissione passa in Europa da 25 a 80 kV mentre negli USA raggiunge 100 kV già nel 1909.

- Dopo Grande Guerra negli USA viene raggiunto nel 1922 il livello di tensione di 220 kV mentre in Europa, ed in particolare in Italia, si costruisce la prima linea a 130 kV nel 1923.

- Nel 1936 entrò in servizio negli USA una linea 287 kV.

- Nel 1952 in Svezia vennero realizzate le prime linee al mondo a 380 kV.

- Nei primi anni ’60 in Russia e negli USA iniziarono ad entrare in servizio sistemi di trasmissione a 500 kV.

- Nel 1965 veniva inaugurata in Canada la prima linea a 735 kV mentre quattro anni dopo negli USA veniva costruito il primo 765 kV.

Cenni storici

Rappresentazione topografica di una rete elettrica

- Il primo livello di rappresentazione di una rete elettrica è quello topografico.

- Le informazioni contenute in tale livello sono tipicamente legate alla localizzazione geografica degli impianti, alla loro tipologia (centrali e numero di linee in parallelo) ed ai livelli di tensione.

- In questo livello di rappresentazione vengono riportati sempre i nomi geografici dei nodi; tali nomi di solito non coincidono con quelli riportati nelle altre tipologie di rappresentazione.

Rappresentazione topografica di una rete elettrica

- Tale rappresentazione è tipicamente suddivisa per livelli di tensione (generalmente riportati con colori diversi).

- Eccettuato il livello di tensione, nella rappresentazione topografica non viene riportato alcun ulteriore parametro elettrico (es.: taglia e n° dei gruppi delle centrali).

- La lettura e la comprensione degli schemi può essere effettuata utilizzando direttamente la legenda riportata in calce.

Rappresentazione topografica della rete italianaUNIVERSITÀ DI PISA

Rappresentazione topografica della rete italiana

Schema unifilare di una rete elettrica

- Gli schemi unifilari di rete, di centrale, di impianto di utente, ecc., permettono la rappresentazione formale di un sistema elettrico e contengono tipicamente tutte le informazioni necessarie al suo dimensionamento.

- I nomi che identificano i nodi sono generalmente differenti da quelli della rappresentazione topografica.

- A seconda del tipo di studio che è necessario sviluppare i diversi elementi del sistema possono essere rappresentati con tutti i loro componenti o con elementi equivalenti (es.: generatori delle centrali, trasformatori in parallelo, interruttori di stazione, ecc.).

Schema unifilare di una rete elettrica

- Negli schemi (e nelle eventuali tabelle allegate) sono contenuti:

- I dati di targa e le tipologie dei componenti (generatori, linee, interruttori, protezioni, ecc.)

- Il collegamento del neutro

- La struttura delle linee (monofasi, trifasi, c.c., ecc.)

- Gli schemi elettrici unifilari vengono utilizzati per qualunque livello di tensione; la rappresentazione di ogni componente è definita dalle norme (CEI).

Schema unifilare di una rete elettrica

- Gli schemi elettrici unifilari assumono tale nome in quanto vengono disegnati riportando un unico filo indipendentemente dal fatto che i sistemi siano monofase, trifase o in c.c..

- Gli schemi sono unifilari anche in caso di sistemi trifase; tale fatto è pienamente giustificabile in quanto in condizioni di funzionamento normale i sistemi risultano essere simmetrici ed equilibrati: in tali condizioni i moduli delle correnti di linea e delle tensioni di fase sono uguali (in modulo) e riferite ad un nodo comune (centro-stella) generalmente coincidente con il potenziale di terra.

Schema unifilare di una rete elettrica

- Gli schemi elettrici unifilari non è rispettata la scala delle lunghezze; ciò significa che nel disegno possono essere molto vicini nodi che nella realtà distano anche centinaia di km e viceversa.

- La simbologia dei diversi elementi che compongono una rete elettrica è piuttosto estesa; ai fini delle presenti considerazioni è sufficiente limitarsi ad un numero estremamente limitato di simboli che per comodità vengono di seguito riportati.

Simbologia

sezionatore

interruttore di manovrasezionatore

interruttoreautomatico di potenza

interruttore magneto-termico di potenza

scaricatore

trasformatore2 avvolgimenti

trasformatore3 avvolgimenti

auto-trasformatore2 avvolgimenti

generatoreG

Esempio di schema unifilare

UNIT 1

distribuzione in derivazione

a tensione costante....

GG

1kW1kW100.000 100.000

UTILIZZATORIUTILIZZATORI100 V100 V 10 A10 A

UUGG 100.000 kW100.000 kW

GG

100 A100 A

100 V100 V 10 utilizzatori10 utilizzatori

GG

1000 A1000 A

100 V100 V 100 utilizzatori100 utilizzatori

GG

10000 A10000 A

100 V100 V 1000 utilizzatori1000 utilizzatori

GG

100.000 A100.000 A

100 V100 V 10.000 utilizzatori10.000 utilizzatori

GG

1.000.000 A1.000.000 A

100 V100 V 100.000 utilizzatori100.000 utilizzatori

GG

100.000 A100.000 A1.000.000 A1.000.000 A

10.000 A10.000 A

100 A100 A

100V100V

GG

400 A400 A25.000 V25.000 V

200 A200 A5.000V5.000V

10.000 A10.000 A10.000 V10.000 V

50:150:15:15:11:2,51:2,5

GG

100.000 A100.000 A1.000.000 A1.000.000 A

10.000 A10.000 A

100 A100 A

100 A100 A

100V100V

100V100V

C (V)C (V)

C (I)C (I)

CC

VV

PP

VVOO

C (V)C (V)

C (I)C (I)

CCtottot

CC

VV

PP

distribuzionedistribuzione in derivazione in derivazione

a tensione costantea tensione costantea corrente alternataa corrente alternata

trifasetrifase

struttura del sistema elettrico per l’energia

DISTRIBUZIONE PRIMARIADISTRIBUZIONE PRIMARIA

DISTRIBUZIONE PRIMARIADISTRIBUZIONE PRIMARIA

DISTRIBUZIONE MTDISTRIBUZIONE MT

DISTRIBUZIONE BTDISTRIBUZIONE BT

DISTRIBUZIONE BTDISTRIBUZIONE BT

TRASMISSIONE TRASMISSIONE

TRASMISSIONE TRASMISSIONE

TRASMISSIONE E INTERCONNESSIONETRASMISSIONE E INTERCONNESSIONE

00

55

1010

1515

2020

2525

3030

3535

4040

00 44 88 1212 1616 2020 2424

GWGW

diagramma di caricodiagramma di carico

giorno digiorno dimassimomassimocarico carico invernaleinvernale

38,0 GW38,0 GW

GWGW

00

1010

2020

3030

4040

5050

6060

7070

00 44 88 1212 1616 2020 2424

00

55

1010

1515

2020

2525

3030

3535

4040

00 44 88 1212 1616 2020 2424

GWGW

38,0 GW38,0 GW 66,1 GW66,1 GW

00

2020

4040

6060

8080

100100

120120

00 44 88 1212 1616 2020 2424

102,3 GW102,3 GW

GWGW

38,0 GW38,0 GW

66,1 GW66,1 GW

104,1 GW104,1 GW

economia di 1,8 GWeconomia di 1,8 GW

vantaggi dell’interconnessionevantaggi dell’interconnessione

• messa in comune delle messa in comune delle riserve di generazioneriserve di generazione

• riduzione delle punte di riduzione delle punte di caricocarico

• migliore sfruttamento del migliore sfruttamento del parco di generazioneparco di generazione

rete europea a 420 kVrete europea a 420 kV

rete svedese a 420 kVrete svedese a 420 kV

rete canadese a 765 kVrete canadese a 765 kV

DISTRIBUZIONE BTDISTRIBUZIONE BTDISTRIBUZIONE MTDISTRIBUZIONE MT

TRASMISSIONE E INTERCONNESSIONETRASMISSIONE E INTERCONNESSIONEDISTRIBUZIONE PRIMARIADISTRIBUZIONE PRIMARIA

CENTRALE CENTRALE

RETE DI RETE DI TRASMISSIONETRASMISSIONE

E INTERCONNES.E INTERCONNES.RETE DI RETE DI

DISTRIB.MTDISTRIB.MT

STAZIONE STAZIONE CABINA CABINA PRIMARIA PRIMARIA

CABINACABINAMT- BT MT- BT

RETE DI DISTRIB.BTRETE DI DISTRIB.BT

CARICOCARICO

RETE DI RETE DI DISTRIB.PRIMARIADISTRIB.PRIMARIA

RETERETE TENSIONE TENSIONE NOMINALENOMINALE NOTENOTE TENSIONE TENSIONE

MAXMAX

380 kV380 kV 420 kV420 kV

220 kV220 kV residuoresiduo 245 kV245 kV

132 kV132 kV centro nordcentro nord 145 kV145 kV

150 kV150 kV centro sudcentro sud 170 kV170 kV

15-20 kV15-20 kV 17,5-24 kV17,5-24 kV

altrealtre residuoresiduo

TRASMISSIONE E TRASMISSIONE E

INTERCONNESSIONEINTERCONNESSIONE

DISTRIBUZIONE DISTRIBUZIONE PRIMARIAPRIMARIA

DISTRIBUZIONE DISTRIBUZIONE A MTA MT

DISTRIBUZIONE DISTRIBUZIONE A BTA BT 400 V400 V

TENSIONI UTILIZZATE TENSIONI UTILIZZATE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANONEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO

a)a)

b)b)

generazione a livello generazione a livello di distribuzione di distribuzione primaria per motivi primaria per motivi storicistorici

autoproduzioneautoproduzione

generazione distribuitagenerazione distribuita