CENNI DI IMPIANTI ELETTRICI

Prof. M.S. Sarto

ELETTROTECNICA

Laurea Ing. Aerospaziale - 1° livello

CENTRALI DI PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA

• IDROELETTRICHE

• TERMOELETTRICHE

• TERMONUCLEARI

• GEOTERMOELETTRICHE

• EOLICHE

• SOLARI

CENTRALI IDROELETTRICHE

TURBINA RISORSA CARATTERISTICA

Kaplan Acqua fluente Bassa velocità

(p elevato)

Francis Bacino idroelettrico (bassa caduta)

Media velocità

Pelton Bacino idroelettrico

(alta caduta)

Alta velocità

(p=1,2)

CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI

CATEGORIA LIVELLO TENSIONE A.C. LIVELLO TENSIONE D.C.

0 BT: Vn 50 V BT: Vn 120 V

1 BT:

50 V Vn 1000 V

BT:

120 V Vn 1500 V

2 MT:

1 kV Vn 30 kV

MT:

1.5 kV Vn 30 kV

3 AT: Vn 30 kV

(AAT: Vn 50 kV)

AT: Vn 30 kV

(AAT: Vn 50 kV)

SCHEMA DI IMPIANTO ELETTRICO

G

MT AT

MT

BT

BT

MT/AT AT/MT

MT/BT

MT/BT

Generazione in MT

(10-15 kV)

Trasmissione in AT

(220-380 kV)

Distribuzione in AT (50-150 kV) o MT

Utilizzazione in MT o BT

SOVRATENSIONI

• CAUSE INTERNE– Manovre sugli impianti (apertura o

chiusura di interruttori)

– Improvvisa riduzione del carico

– Risonanze

– Contatti accidentali con altro impianto in esercizio a tensione maggiore

• CAUSE ESTERNE– Fenomeni di origine atmosferica

(fulminazione diretta o indiretta)

0.1 IM

0.5 IM

0.9 IM

IM

Tf Te

time [s]

i(t)

fe TtTtIti expexp0

I0 = 10-200 kA

Tf = 0.5 – 1.5 s

Te = 50-100 s

Il fulmine

leader Return stroke

FULMINE DISCENDENTE (polarità negativa)

FULMINE ASCENDENTE(polarità negativa)

leaderReturn stroke

Negative (descending) Positive

First stroke Following strokes (ascending)

IM [kA] 34 13.4 43

Tf [s] 8.5 1.2 33

Te [s] 73 31 300

(di/dt)M [kA/s] 14 39 2.6

IM : corrente di picco (di/dt)M : tangente massima

Tf : tempo di salita Te : tempo all’emivalore

feM TtTtII ˆexpˆexp0

lnˆ 1

t

0Iadt

di

M

SOVRACORRENTI

• SOVRACCARIC0– Superamento dei valori di corrente per i quali

una linea o un’apparecchiatura sono dimensionate (In) (e.g. Spunto dei motori asincroni in fase di avviamento)

• CORTO CIRCUITO– Contatto tra due elementi dell’impiantonon

equipotenziali. Le correnti di cto cto possono essere molto elevate in quanto limitate solo dall’impedenza a monte del guasto.

APPARECCHI DI MANOVRA E INTERRUZIONE

• INTERRUTTORI

– Manuali

– Automatici

Apertura e chiusura di una linea sottocarico anche in condizioni di corto circuito

x

x

PARAMETRI CARATTERISTICI

• TENSIONE NOMINALE DI ESERCIZIO (Ve):tensione alla quale sono riferite le prestazioni dell’apparecchio (apertura/chiusura)

• TENSIONE NOMINALE DI ISOLAMENTO (Vi):tensione alla quale è garantito l’isolamento dell’apparecchio

• CORRENTE NOMINALE (In): corrente che l’interruttore può condurre a regime. Assume valori diversi con riferimento a servizio continuo o discontinuo.

• POTERE NOMINALE DI INTERRUZIONE (Iin):corrente di corto circuito che l’interruttore può interrompere ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve.

• POTERE NOMINALE DI CHIUSURA SU CORTO CIRCUITO (Icn): corrente di corto circuito sulla quale l’interruttore può essere chiuso ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve.

• CONTATTORI

– Manuali

– Automatici

Interruzione delle sole correnti di normale esercizio

• SEZIONATORI

– Manuali

– Automatici

Interruzione della continuità elettrica in linee a vuoto(I=0)

N.B. Nella fase di interruzione del circuito si apre prima l’interruttore e poi il sezionatore.

• FUSIBILIDispositivo di protezione dalle sovracorrenti: interrompe correnti di corto circuito elevate.

T [s]

I [A]

Zona di intervento

Campo di integrità

In Inf If Icc

In : corrente nominale

Inf : corrente massima di sicura non fusione

If : corrente minima di sicura fusione

Icc : corrente di corto circuito

DISPOSITIVI DI PROTEZIONE DA SOVRATENSIONI

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

v(t)

v(t)

Condizione normale di funzionamento:

Circuito aperto – impedenza molto elevata

In presenza di sovratensione:

Corto circuito – impedenza molto bassa

v(t)

Scaricatori a gas(Migliore controllo della tensione di intervento)

Diodi soppressori

Varistori ad ossido di metallo

• Tensione quasi costante sul carico in presenza della sovratensione

• Non possono condurre correnti elevate

• Tensione costante sul carico in presenza della sovratensione

Spinterometri

Scaricatori ad asta • Alta capacità di assorbimento dell’energia della sovratensione

• Tensione che decresce rapidamente dopo l’intervento

Le caratteristiche diverse di gas arresters, varistori e diodi soppressori possono essere combinate nella realizzazione di circuiti di protezione multistadio

P6T

UC 230

~v2

v1

~v1

V3v2

v3~

50

CAP 110

1k

CAP 1

15 V

10

50 V

v1 v3

0

500

1000

1500

2000

2500

0.01 0.1 1 10 100 1000

[V]

time [s]

Sovratensione transitoria

Tf = 1 s Te = 50 s VM = 2.1 kV

100 ns/div

100 V/div

5 V/div

100 ns/div

tensione misurata sul primo stadio

tensione misurata sul terzo stadio

v1

v3

RELE’

• CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA ALLA QUALE SONO SENSIBILI:

– Voltmetrici

– Amperometrici

– Wattmetrici

– Frequenzimetrici

– Ad impedenza

– Termici

– Tachimetrici

• CLASSIFICAZIONE IN BASE AL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO:

– Elettromagnetici

– Elettrodinamici

– Ad induzione

• CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA DA ANALIZZARE:

– Di massima

– Di minima

– Differenziale

RELE’ MAGNETICO

Tempo

CorrenteIs = 8-10 In

Tin

Caratteristica di intervento

RELE’ TERMICO

Tempo

CorrenteI 5 sec = 4 In

5 sec

Caratteristica di intervento

RELE’ MAGNETO-TERMICO

Tempo

CorrenteIs = 8-10 In

Tin

Caratteristica di intervento

OSSERVAZIONE:

I relè magnetico, termico, magnetotermico intervengono SEMPRE per corrente SUPERIORE alla corrente nominale dell’impianto (da 4 ad 8-10 volte).

Ad esempio, in un’utenza domestica con corrente nominale di 15 A, la corrente di intervento non è inferiore a 60 A.

La corrente pericolosa per l’uomo è di 50 mA !

RELE’ DIFFERENZIALE

Corrente di intervento molto minore alla corrente nominale dell’impianto:

IMPIANTI INDUSTRIALI: I = 300 mA

UTENZE DOMESTICHE: I = 30 mA

UTENZE PARTICOLARI: I = 10 mA

SISTEMA DI UTILIZZAZIONE IN BT: stato nel neutro

• Sistema IT

• Sistema TT

• Sistema TN

BTMT/BT

Utenze monofasi o trifasi

1° lettera: stato del neutro del secondario del trasformatore MT/BT

2° lettera: stato delle masse delle utenze

IMPIANTI DI TERRA

• Norma CEI 64-8

• Norma CEI 11-8

• Norma CEI 81-1

SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA:

1) Offrire una via di ritorno alle correnti di guasto diversa da quella offerta dal corpo umano

2) Determinare l’intervento delle protezioni in tempi opportuni

3) Rendere equipotenziali strutture metalliche suscettibili di essere toccate contemporaneamente.

COMPONENTI DI UN IMPIANTO DI TERRA

Conduttori equipotenziali

Conduttore di protezione

Conduttori di terra

dispersori

Tensione di passoTensione che può risultare applicata tra i piedi di una

persona a distanza di un passo durante (1 m) un cedimento dell’isolamento

Tempo eliminazione del guasto [s] Tensione massima di passo [V]

> 2 50

1 70

0.8 80

0.7 85

0.6 125

< 0.5 160