Applicazioni

0)(00 rami itutti a

rami itutti a

rami itutti a

jQPSIV*

0

0

rami itutti a

rami itutti a

Q

P

Ribadisce il principio di conservazione

dell’energia

Teorema di Boucherot

(Principio di conservazione delle potenza attiva e reattiva)

Adattamento del carico

gV

uI

uZ

u u u

g g g

R jX

R jX

Z

Z

gZ La rete può fornire al carico la potenza

richiesta?

Qual è la massima potenza trasferibile

dalla rete al carico?

2

2

2 2

2

( ) ( )

max( )4

u g

u u u

u g u g

u g

u g

g

ug

R VP R I

R R X X

R R

X X

VP

R

Condizioni di adattamento del carico

Valori efficaci

2

2

2 2

2

'

2

2 2 2 2'

4 3

'

2 2

( ) ( )

max( ) ??

1.( ) 0

( )

( ) 2 ( ) ( )

( ) ( )

0

potenza disponibile; NON 4 8

u g

u u u

u g u g

u

u g u g

u g

u

u g

g u g g u u g g g uu

u u g u g

uu g

u

g gM

dg g

R VP R I

R R X X

P

X X X X

R VP

R R

V R R V R R R V R RP

R R R R R

PR R

R

V VP

R R

DIPENDE DAL CARICO

N.B. In questa condizione 50%Z Zg u

V V

Nella trasmissione di energia non si usano mai carichi adattati

ricevitore Sistemi di radiocomunicazione

Il segnale prelevato da

un’antenna viene inviato ad un

ricevitore

gV

uI

uZgZ

Amplificatore

di potenza

Altoparlanti

Esempi (basse potenze in gioco)

Sovrapposizione delle potenze

R

v1(t) v2(t)

'''

21

'''

21

''

22

'

11

0

2

1)cos()(

2

1)cos()(

RRR

RRR

R

R

PPP

PPP

RPttv

RPttv

solo da agisse Se

solo da agisse Se

fasori i non ma le sommano Si

le non ma fasori i sommano Si

P

P

21

21

Trasmissione dell’energia elettrica: Rifasamento

u lI I

uZ

uuu LjR Z

Re

Im

uV

uI

22

cos

dissipata l u

u u u

P R I

P V I

Lu

Ru

Rl

uV

motore elettrico ad induzione,

trasformatore, saldatore

linea di trasmissione;

carico

2s u l lV V R I

Rl

sV

uV dipende dal carico (corrente assorbita) e dalla lunghezza della linea

u sV V se la corrente è piccola

Sorgente, linea e carico

E’ possibile ridurre le perdite sulla linea, a parità di tensione sul

carico e potenza fornita, riducendo Rl (sezione dei cavi

maggiore maggiore costo) oppure riducendo Il ovvero Iu

Il rifasamento è quell’operazione che ridurre le perdite,

aumentando il fattore di potenza senza alterare la tensione

(ipotesi semplificativa) e la potenza fornita al carico originale.

Linea in alluminio, rame o leghe

8

8 4

2

2 2

2.75 10 ; 10 ; 1 25

2.75 10 103.5 ;

0.005

2 2 3.5 25 4375

effAl l

All

dissipata l u

m l km d cm I

lR

S

P R I W

2 cosu u lP V I Aumentare cos significa ridurre

Re

Im uV

1

uV2uI

C

cI2lI 2 1

2 2 1

u u

l c u c u

I I

I I I I IuV

11 ul II

uZ

Re

uV

2uI

cI

2lI

2

11 lu II

2 1

2 1 2 1

2 1

cos cos

minori perdite di potenza sulla linea

u u

l l

P P

I I

1 1 1 1

1 1 1 1 1

* *1 1 1

cos cosu u u u l

u u u l

u u u l

P V I V I

Q V I sen V I sen

S V I V I

*22

222

222 cos

lu

lu

luu

IVS

senIVQ

IVP

cI

(C non assorbe P)

uZ

S1

S2

Pu

Q2

Q1

|Qc|

21

1 1 2 2

1 1 1 1

2 2 2 2

2 2

2

2 1

1 2 2 1

1 2

2

cos cos

tan

tan

/ 0

0

tan tan 0

tan tan0

u

u

u

C u C u

C

u

C

C u u

u

u

P S S

Q S sen P

Q S sen P

Q V X CV

QC

V

Q Q Q

Q Q Q P P

PC

V

.1cos, 21 limite Al senII uc

Il carico si comporta, per il circuito esterno, come se fosse

ohmico puro e la corrente assorbita presenta il minimo valore

possibile per quella data potenza P e tensione V.

Lo scambio di energia reattiva avviene tra carico e

condensatore anziché tra carico e generatore.

0tan

21

effV

PC

2 2 2 2

energia attivacos

0.5 nessuna penale (cos 0.9)

Norme: per P 16KW 0.5 penale f 0.7 cos 0.9

0.7 penale maggiore cos 0.7 eobbl

a

a r

r a

ar a

r

r a

EP P t

S S t P t Q t E E

E E

EE E

E

E E

igodi rifasamento

P > 16KW

Il rifasamento centralizzato, consiste nell'installazione in un unico quadro automatico posto nel punto di consegna

dell'energia o dopo il trasformatore, è la soluzione più economica e più semplice da realizzare. Risulta quindi ideale

per aziende di piccola e media dimensione, ma mentre permette loro di evitare le penali connesse all'energia reattiva

non alleggerisce le linee elettriche interne dagli effetti dovuti all'energia reattiva (ad es. perdite e relativi consumi).

Il rifasamento distribuito, invece, consiste in rifasatori installati a ridosso dei singoli carichi, e quindi dimensionati

esattamente per compensare la relativa potenza reattiva. Rappresenta il rifasamento ideale nel caso di elevate correnti

induttive, ma i costi di questa soluzione sono più elevati rispetto al rifasamento centralizzato.

In genere, quindi, la soluzione tecnico-economica più vantaggiosa è rifasare localmente i grossi carichi induttivi e

centralmente la potenza rimanente.

http://www.consulente-energia.com

13

Rischio elettrico

deriva dal contatto diretto o indiretto con una parte attiva

non protetta di un impianto elettrico, così come il rischio

d’incendio o esplosione derivanti dal pessimo stato di

manutenzione o dall’imperizia nell’impiego di impianti e

strumentazione.

Luoghi più pericolosi

– cantieri edili ed i locali da bagno o per doccia.

– impianti a bassa tensione, componenti elettronici e rischio umano.

A cura del Tavolo Tecnico

Sicurezza

Effetti della corrente sul corpo umano

La soglia di percezione della corrente per un contatto tra i

polpastrelli è

0.5 mA AC (50-60 Hz)

2 mA DC.

Oltre si producono i seguenti effetti:

a) tetanizzazione;

b) arresto della respirazione

c) fibrillazione ventricolare

provocati da AC o da elevate DC

c) bruciature ed ustioni (pochi mA/mm2)

d) morte

GLI EFFETTI DIPENDONO DA

• organi colpiti (mano-mano, mano – piede, etc.)

• intensità, f, permanenza della corrente

• fattori fisiologici

Elettrocuzione:

scarica accidentale

di una corrente

elettrica

sull’organismo

umano (scossa).

Tetanizzazione Contrazione permanente dei muscoli del corpo che spesso non permette il rilascio delle parti in tensione con cui si è venuto a contatto. La corrente continua quindi ad attraversare il corpo umano. Il valore minimo della corrente per cui accade la tetanizzazione e il mancato rilascio delle parti in tensione è detta “corrente di rilascio” ed è 10-30 mA alla frequenza industriale.

Arresto della respirazione: Tetanizzazione dei muscoli respiratorimorte per asfissia (> 50 mA alla

frequenza industriale)

Fibrillazione ventricolare Contrazione irregolare dei ventricoli (conduce nella maggior parte dei casi

all’arresto cardiaco) dovuta all’interferenza della corrente elettrica con la

attività elettrica del cuore. La fibrillazione ventricolare è un quasi irreversibile

se non si interviene con un defibrillatore in 10 – 15 minuti (> 50 mA alla

frequenza industriale).

Limiti di corrente

Per una data f la corrente

pericolosa I della dipende

dalla durata del contatto t.

Alla f industriale (50-60 Hz)

I0= 10-30 mA

Q=10mAs. e.g., corrente permanente IP=I010-30mA

t=10ms, IP=1A

Per f maggiori si tollerano correnti più elevate poiché per

effetto pelle esse divengono superficiali e non interessano gli

organi.

Per f minori la curva raggiunge valori più elevati.

In DC I0=60mA.

LA MAGGIORE PERICOLOSITA’ SI HA ALLE f INDUSTRIALI

PERICOLO

I0

0P

QI I

t

PI

Ne

ss

un

a

pe

rce

zio

ne

Effetti fisiologici moderati

3. Effetti severi ma reversibili

Probabile

fibrillazione

ventricolare

50÷60 Hz (VALE PER 15-100 Hz)

200

Corrente continua

Limiti di tensione

Il corpo umano è prevalentemente resistivo. La tensione

corrispondente alla corrente pericolosa è: Vp=RuIP e dipende

dalla resistenza ovvero da

• punto, superficie, pressione di contatto

• spessore e umidità della pelle

Ru decresce con la tensione

R>2000 per tensioni sinusoidali di qualche decina di V.

Vp=RuIP>2000*(30*10-3)>60V

Mediamente non si considerano pericolose tensioni sinusoidali

con Veff<50V e tensioni continue con V<120V permanenti

Categoria 0: Veff<50V AC; V<120V DC

Categoria 1: 50V<V<1000V AC; 120V<V<1500V DC

richiedono misure di protezione

Categoria 2 e 3: personale specializzato

Curva di sicurezza tensione tempo in condizioni particolari

e ordinarie

Marcatura CE

• E' l'indicazione di conformità del prodotto ai requisiti

essenziali di sicurezza previsti da una o più direttive

comunitarie ad esempio, la direttive “bassa tensione”o

“compatibilità elettromagnetica”),

Comportamenti in emergenza

Folgorazione

Staccare immediatamente la corrente agendo sull'interruttore

centrale e non toccare l'infortunato prima di questa

manovra.

Se l'interruttore è troppo lontano staccare la spina e allontanare

l'infortunato dalla fonte elettrica usando un bastone, una

sedia, il manico di una scopa, o un mezzo di materiale

isolante

24

• L’elettrocuzione avviene mediante contatto con parti

in tensione.

• CONTATTO DIRETTO con parti attive.

Parte attiva: parte conduttrice di un

impianto elettrico normalmente in tensione durante il

funzionamento.

• CONTATTO INDIRETTO con una massa o con una

parte conduttrice connessa ad una massa durante un

cedimento dell’isolamento.

• ARCO ELETTRICO

Una sorgente di calore intensa e concentrata, con

emissione di gas e di vapori tossici, proiezione di

particelle incandescenti, irraggiamento termico e raggi

ultravioletti che si manifestano in caso di guasto o di

manovre su apparecchiature elettriche, ed esempio

durante un corto circuito.

Si segregano le parti elettricamente attive in modo da renderle inaccessibili e quindi impedendone il contatto. • Isolamento delle parti attive • Involucri • Barriere • Ostacoli • Distanziamenti

Protezione contro i contatti diretti

Protezione contro i contatti indiretti

Le misure di protezione contro i contatti indiretti sono prevalentemente di tipo attivo.

Hanno la funzione di interrompere il circuito in caso di guasto, impedendo la persistenza di eventuali tensioni pericolose per un tempo sufficiente a provocare effetti fisiologici pericolosi.

Il sistema di protezione più utilizzato per gli impianti di distribuzione è quello coordinato:

- dell’impianto di terra e

- degli interruttori differenziali.

Tra fase (nero, marron, grigio) e neutro è presente la

tensione di rete (230 Veff, 50 Hz). I carichi sono in parallelo.

Il cavo di terra

collega a terra i

contenitori dei

dispositivi elettrici

come TV,

elettrodomestici, etc.

Prese utilizzate in Italia

• presa a 3 poli è (codificata come L)

• presa a due poli (tipo C, doppio isolamento)

• presa tedesca (Schuko) come F (con i contatti della terra sui

lati della presa).

Utenza domestica

28

• Nel sistema di protezione contro i contatti indiretti la funzione dell’impianto di terra è quella di convogliare verso terra la corrente di guasto, provocando l’intervento delle protezioni ed evitando così il permanere di tensioni pericolose sulle masse.

• Il principio base di un impianto di terra è quello della

equipotenzialità: rendere quanto più possibile equipotenziale l’ambiente

IMPIANTO DI TERRA

V230uZ

Corto circuito

Condizione di guasto in assenza di cavo di terra

Il cavo di fase entra in contatto con il contenitore della lavatrice.

La mano dell’uomo che lo tocca si trova a 230V rispetto a terra

e l’uomo viene attraversato dalla corrente. Ad esempio, se il

pavimento è umido, la resistenza è circa 2k.

Ieff=230/2000= 100mA

In presenza del cavo di terra, si ha un corto circuito tra il

contenitore e la terra la corrente scorre tutta nel filo di terra.

Contatto indiretto (con parti

normalmente non in tensione –

massa)

V230uZ

Condizione di guasto in presenza di cavo di terra

In presenza del cavo di terra, si ha un corto circuito tra il

contenitore e la terra la corrente scorre tutta nel filo di terra.

Nel normale

funzionamento il

cavo di terra non

è percorso da

corrente

Il cavo di neutro è collegato a terra in più punti, in particolare

all’inizio dell’impianto (nonché all’impianto di terra della cabina).

Sul cavo di fase si trovano fusibili o interruttori magnetotermici

che interrompono il passaggio della corrente quando supera una

certa soglia per proteggere l’impianto ed i carichi. La

sovracorrente può essere causata da un sovraccarico oppure da

un corto circuito.

V230uZ

contenitore

Cavo di terra

Cavo neutro

Fase Interruttore magnetotermico

In caso di sovraccarico il calore sviluppato per effetto Joule provoca la

lenta deformazione della lamina bimetallica che provoca l’apertura dei

contatti dell’interruttore (termico).

Allorché la corrente diventa troppo elevata, come in un cortocircuito, i

tempi di intervento della lamina bimetallica non sono più accettabili e deve

intervenire lo sganciatore magnetico. Il funzionamento dello sganciatore

magnetico è basato sulla forza che viene esercitata su un nucleo mobile in

ferro da un elettromagnete. Il nucleo mobile è sottoposto a due forze

opposte, quella magnetica di attrazione verso il nucleo magnetico e quella di

una molla caricata in fase di chiusura manuale dell’interruttore. In caso di

cortocircuito lo sganciatore interviene in tempi brevissimi vincendo l’azione

della molla che provoca l’istantanea l’apertura del circuito sede del guasto.

La durata del corto circuito (prima cioè che gli interruttori di protezione

isolino il guasto, interrompendo la circolazione della corrente) è

normalmente di 0,2-0,3 sec.

Interruttore magnetotermico

I[A]

Caratteristica di intervento – interruttore magnetotermico (tipo C)

MAGNETICO

TERMICO

In condizioni normali, la corrente che interessa la fase ha lo

stesso valore di quella che interessa il neutro.

Se ciò non accade significa che una parte di essa sta

percorrendo strade diverse per chiudere il circuito, come ad

esmpio un corpo umano in caso di scossa elettrica o un

elettrodomestico collegato all’impianto di terra per

cedimento dell'isolante.

C=A C=A-B

Interruttore differenziale

Quando i1=i2, il flusso

magnetico nel toroide si

annulla e ai capi

dell'avvolgimento 3 non è

presente alcuna tensione.

Può accadere che il collegamento a terra del carico sia

interrotto. Quando i1>i2, o viceversa, s'instaura un flusso

magnetico nel toroide, e genera tensione ai capi

dell'avvolgimento 3 che alimenta il dispositivo di scatto il quale

provvede all'apertura dell'interruttore.