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L’Energia elettrica
ed il suo utilizzo
Energia elettrica 2
Fonti dell’energia
• Calore– Nucleare
– a combustibile
– a biomassa
• Chimica
• Fotovoltaica• Idrica
– salto
– fiume
– maree
• Eolica
Energia elettrica 3
Pregi e difetti nucleare
• Minore costo dell’energia
• Minore inquinamento
• Possibilità di contaminazione
• Costi elevati alla dismissione
• Difficoltà di smaltimento materiale radioattivo
Energia elettrica 4
Pregi e difetti combustibile
• Possibilità di adottare nella stessa centrale combustibile solido, liquido o gassoso
• Emanazione di fumi inquinanti
• Dipendenza dal mercato del petrolio
• Fonte non rinnovabile ed esaurita in un periodo inferiore ad un secolo
Energia elettrica 5
Pregi e difetti biomassa
• Necessità di adeguata cultura
• Cattivo odore nello stoccaggio
• Tecnologia non perfezionata
• Scorie inquinate
Energia elettrica 6
Pregi e difetti chimica
• Limitata autonomia
• Estrema trasportabilità
• Necessità di ricarica
• Smaltimento complicato
• Impianti condizionati da temperatura e possibilità di esplosione
Energia elettrica 7
Pregi e difetti fotovoltaico
• Elevato costo di costruzione
• Costo di produzione nullo
• Necessità di ampi pannelli
• Rendimento funzione dell’illuminamento
Energia elettrica 8
Pregi e difetti idrico (salto)
• Necessità di un invaso
• Impatto ambientale
• Non inquinante
• Basso costo di esercizio
• Difficoltà di regolazione
Energia elettrica 9
Pregi e difetti idrico (fiume)
• Minore impatto ambientale
• Lo stesso fiume può essere utilizzato per diversi salti
• Basso costo di esercizio
• Problemi per la navigazione
• Poco adatto per la regolazione
Energia elettrica 10
Pregi e difetti idrico (maree)
• Costo di esercizio limitato
• Non inquinante
• Applicabile solo in alcune zone
• Grande impatto ambientale
Energia elettrica 11
Pregi e difetti eolica
• Scarsa produzione per macchina
• Necessità di molti generatori e grandi spazi
• Impatto ambientale
• Costi di esercizio limitati
• Necessità di zona ventosa
Energia elettrica 12
Tensioni di esercizio
• Si distinguono in:– Alte tensioni (superiori a 30.000 V)– Medie tensioni (fra 1.000 e 30.000 V)– Bassa tensione ( inferiori a 1.000 V)– Bassissima tensione (inferiore a 24 V)
Energia elettrica 13
Alte tensioni
• Sono utilizzate per coprire grandi distanze
• Normalmente vengono fornite all’utente solo nel caso in cui la potenza richiesta è di qualche megawatt
• In questo caso l’utente dovrà costruire un piazzale all’aperto e utilizzare una tensione intermedia per la distribuzione interna
Energia elettrica 14
Tensioni normalizzate
• 60 kV ( distribuita all’utente)
• 150 kV (distribuita all’utente)
• 220 kV (linee interconnessione)
• 380 kV (linee dorsali)
Energia elettrica 15
Schema distribuzione AT/MT/bt
AT ENELAT/MT
UTENTE
UTENTEMT/bt Utente
MT/bt Utente
MT/bt Utente
Rete bt
Rete bt
Rete bt
Energia elettrica 16
Medie tensioni
• Sono utilizzate per la distribuzione alle grandi utenze:– stabilimenti industriali– ospedali– grandi alberghi– centri commerciali– gruppi di sale cinematografiche
Energia elettrica 17
Tensioni normalizzate in MT
• Per tutto il territorio nazionale: 20 kV
– eccezioni: Roma 8,4 kV– Firenze 15 kV– Milano 23 kV
Energia elettrica 18
Fonti di energia per un utente
• Fornitura da parte della Società erogatrice
• Gruppo elettrogeno
• Gruppo di continuità
• Cogeneratore
Energia elettrica 19
Impianto di utente completoENEL
Cabinatrasformazione
Gruppoelettrogeno
Rete normale
Retepreferenziale
ReteContinuità
Scambiorete-gruppo
UPS
Energia elettrica 20
Gruppo elettrogeno
• Generatore alimentato da motore termico
• Si accende automaticamente in mancanza di tensione di rete
• Ha bisogno di serbatoio di gasolio per il funzionamento in emergenza
• Ha bisogno di batterie per l’avviamento automatico
Energia elettrica 21
Capacità del serbatoio– Il consumo del GE è circa 170 g di gasolio per
cavallo ogni ora (CV/h)– La potenza del GE è data in kVA ( equivalenti
ai kW quando il fattore di potenza è unitario)– Ogni CV è pari a 736 W– La massa volumica del gasolio è pari a 0,85 – Quindi per 1 kVA occorre: 1/(0,736 x 0,85) litri
di gasolio l’ora = 1,6 l– Normalmente si utilizzano serbatoi da 5 (o 10)
metri cubi– Un GE da 100 kVA ha autonomia di 31 (62)h
Energia elettrica 22
Gruppi di continuità (UPS)
• Servono ad alimentare utenze critiche alla mancanza di tensione quali:– computer– apparecchi elettromedicali– apparecchi elettronici
• Vengono dimensionati per un tempo limitato (10-20 minuti) per intervenire durante l’avviamento del GE
Energia elettrica 23
Costituzione di un UPS
Raddrizzatoreda alternata acontinua
Convertitoreda continua aalternata
Batterie
Rete
Carico
Energia elettrica 24
Problemi di ridondanza
• In un ospedale è bene avere più di un GE per evitare di interrompere macchine critiche (cuore polmone, respiratori, ecc.)
• Negli uffici (computer) è bene avere un avviso se il GE non si avvia, per chiudere i files aperti durante l’autonomia dell’UPS
Energia elettrica 25
Cogeneratore
• E’ un generatore, normalmente a gas, che funziona contemporaneamente alla rete, o in sua assenza
• Viene pilotato dalla rete per cui ha di quella le caratteristiche ( frequenza, tensione, fase ecc..)
• Può essere commutato su rete in caso di manutenzione
Energia elettrica 26
Tensione normalizzata in bt
• 400/231 V
– I valori corrispondono alle tensioni concatenata e stellata di un sistema trifase
– Tali valori sono fra loro in rapporto come 1 e 3
Energia elettrica 27
Rapporto fra Vc e Vs
Vc
Vs
30°Vc
2
Vc2
= Vs x cos30°
= Vs x 32
Vc2
= Vs x 3Vc
Energia elettrica 28
Schema trifase
R
TS
N
Ir
It
Is
In=Ir+Is+It=0
Ir=Is=It
Energia elettrica 29
Sistemi elettrici
• Dipendono dalla configurazione dell’impianto di terra.– Sistemi TN
• TN-C
• TN-S
– Sistemi TT– Sistemi IT
Energia elettrica 30
Sistema TN-C
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE
TERRA
Fase RFase SFase T
PEN
Energia elettrica 31
In caso di guasto TN-C
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE
TERRA
Fase RFase SFase T
PEN
Protezione utente
Guasto
Fra fase e PEN si verifica un corto circuito ed intervienela protezione utente
Ig
Ig
Energia elettrica 32
Sistema TN-S
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE
TERRA
Fase RFase SFase TNeutroPE
Energia elettrica 33
In caso di guasto TN-S
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE
TERRA
Fase RFase SFase TNeutroPE
Protezione utente
Guasto
Fra fase e PE si verifica un corto circuito ed intervienela protezione utente
Ig
Ig
Energia elettrica 34
Sistema TT
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE
TERRAENEL
Fase RFase SFase TNeutroPE
TERRAUTENTE
Energia elettrica 35
In caso di guasto TT
ENEL
Cabina diTrasformazione UTENTE
TERRAENEL
Fase RFase SFase TNeutroPE
TERRAUTENTE
Protezione utente
GuastoIg
Ig
Fra fase e PE si verifica un guasto con Ig inferiore a quella relativaal corto circuito la protezione utente interviene se è differenziale
Energia elettrica 36
Sistema IT
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE Fase RFase SFase TNeutro
Energia elettrica 37
In caso di guasto IT
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE Fase RFase SFase TNeutro
Protezione utente
Guasto
Massa dell’apparecchio
Energia elettrica 38
In caso di secondo guasto IT
ENEL
Cabina diTrasformazione
UTENTE Fase RFase SFase TNeutro
Protezione utente
1° Guasto
Massa del 1°apparecchioMassa del 2°
apparecchio
Il corto circuito si verifica tramite la terra
2° Guasto
Energia elettrica 39
Leggi ELETTRICHE
• DPR 547 del 1955 ( impianti elettrici nei luoghi di lavoro)
• Legge 186 del 1968 (Norme CEI)
• Legge 46 del 1990 (sicurezza degli impianti)
• DPR 447 del 1991 Decreto di attuazione della 46/90)
Energia elettrica 40
Legge 5 marzo 1990 n.46Norme per la sicurezza negli impianti
sono soggetti alla applicazione della legge
• Impianti elettrici
• Impianti radiotelevisivi, elettronici e di terra
• Impianti di riscaldamento e climatizzazione
• Impianti idrosanitari
• Impianti per trasporto e utilizzo del gas
• Impianti sollevamento persone
• Impianti di protezione anti incendio
Energia elettrica 41
Novità introdotte dalla legge
• Soggetti abilitati
• Requisiti tecnico professionali
• Progettazione degli impianti
• Installazione degli impianti
• Dichiarazione di conformità
• Responsabilità
• Sanzioni
Energia elettrica 42
Soggetti abilitati
• Tutte le imprese singole o associate, regolarmente iscritte:– nel registro delle Ditte (presso Camera di
Commercio)– Nell’Albo provinciale delle imprese artigiane
• L’esercizio della attività è subordinato al possesso dei requisiti tecnico professionali
Energia elettrica 43
Requisiti tecnico professionali
• Laurea in materia tecnica specifica
• Diploma di scuola secondaria superiore con specializzazione del settore specifico con periodo di 1 anno alle dirette dipendenze di un’impresa del settore
• Attestato di formazione professionale con periodo di 2 anni
• Operaio specializzato con periodo di 3 anni
Energia elettrica 44
Installazione
• Obbligo della regola d’arte
• Gli impianti elettrici devono essere dotati di impianti di messa a terra e di interruttore differenziale ad alta sensibilità o di altri sistemi di protezione equivalenti,
• Tutti gli impianti esistenti devono essere adeguati entro 3 anni dalla entrata in vigore della legge (13 marzo 1993)
Impianto con collegamento a terra
Energia elettrica 46
ENEL
ENEL
In
In
In
In-Ig
Ig
diff
diff
Senza guasto
Con guasto
Impianto senza collegamento a terra
Energia elettrica 48
ENEL
ENEL
In
In
In
In-Ig
Ig
diff
diff
Senza contatto
Con contatto
Energia elettrica 49
Conseguenze della disposizione
• La definizione alta sensibilità ( pari a 30 mA) era una convenzione per addetti ai lavori senza fondamento normativo
• Manca ogni riferimento al coordinamento delle protezioni.
• La questione verrà risolta dal Regolamento
Energia elettrica 50
Regolamento di attuazioneD.P.R. 6 dicembre 1991 n. 447
• Il regolamento fissa i limiti per la necessità del progetto e definisce le opere di adeguamento per i fabbricati e gli impianti esistenti
Energia elettrica 51
Precisazioni del regolamento
– Gli impianti eseguiti secondo norme CEI UNI sono a regola d’arte (o materiali CE)
– Gli interruttori differenziali ad alta sensibilità vengono intesi quelli con corrente di guasto non superiore a 1A.
– Per sistema di protezione equivalente si intende ogni sistema ammesso dalla norma CEI
Energia elettrica 52
Precisazioni del regolamento sugli impianti esistenti
• Ammesso adeguamento per fasi successive purché entro i tre anni
• si considerano adeguati gli impianti che abbiano:– sezionatori e protezioni contro le sovracorrenti
posti all’origine dell’impianto– protezione contro i contatti diretti– protezione contro i contatti indiretti o interruttore
differenziale con soglia 30 mA.
Energia elettrica 53
ENEL
ENEL
In
In-Ig
In
In-Ig
Ig
diff
diff
Con terra
Senza terraIg
Energia elettrica 54
Commento alla figura precedente
• Il collegamento di terra (PE) unito all’interruttore differenziale ne determina l’apertura appena si verifica il guasto
• Senza il PE occorre che si stabilisca il collegamento precario attraverso il corpo umano
• Non tutti gli organismi presentano la stessa sopportazione al passaggio di corrente per il tempo di apertura dell’interruttore
Energia elettrica 55
Valori della resistenza di terra
• Secondo il DPR 547 del 27/04/1955 (sicurezza nei posti di lavoro) il valore deve essere non superiore a 20 Ohm
• Secondo la norma CEI il valore deve essere coordinato con le protezioni in modo che la tensione di contatto non raggiunga valori pericolosi V=R . I
Energia elettrica 56
V = R . I• Dove
– V = 50 V normalmente– V = 25 V in :
• cantieri
• locali uso medico
• ricoveri animali
– I = corrente di soglia del differenziale (da 30 a 1000 mA cioè da 0,03 a 1 A)
– R può allora variare tra 25/1 = 25 ohm e 50/0,03 = 1.666 Ohm
Energia elettrica 57
Come ottenere una buona terra?
• Dispersore verticale o picchetto
• Dispersore orizzontale
• Dispersore a piastra o a maglia
• Plinti di fondazione
Il valore dipende dalla resistività del terreno
Energia elettrica 58
Calcolo della resistenza Rd
• Resistenza di un dispersore verticale:
Rd = m / L
mResistività media del terreno in .m
L = lunghezza dell’elemento a contatto in m.
Energia elettrica 59
Calcolo della resistenza Rd
• Resistenza di un dispersore orizzontale
Rd = 2 . m / L
mResistività media del terreno in .m
L = lunghezza dell’elemento a contatto in m.
Energia elettrica 60
Calcolo della resistenza Rd
• Resistenza di un sistema di elementi magliati
Rd = m / 4 . r
dove r = raggio del cerchio che circoscrive la maglia in m.
Energia elettrica 61
Calcolo della resistenza Rd
• Ferri delle fondazioni
Rd = m / . d
dove d = 3 V . 1,57
essendo V il volume del calcestruzzo armato a contatto con il terreno di fondazione in metri cubi
Energia elettrica 62
Calcolo della resistenza Rd
• Dispersore a piastre
m Rd =
4 S
dove S superficie di un lato della piastra a contatto con il terreno in metri quadrati
Energia elettrica 63
Resistenza Rt totale
La resistenza totale è data dalla formula:
Rt = 1
1
Rd ii
Quando si può considerare che i vari elementi di Rt non siinfluenzino a vicenda, siano cioè distanti almeno il doppio
della loro dimensione maggiore
Energia elettrica 64
Determinazione della resistività
• Sulla base della natura del terreno
• Da misura di resistività eseguita con il metodo Wenner ( a 4 sonde)
• Da misure di resistenza applicando la formula al contrario
Energia elettrica 65
Resistività in funzione della natura del terreno ( valori in .m)
• Terreno paludoso da 2 a 15
• Argille e marne da 3 a 15
• Arenarie, gessi, scisti argillosi da 10 a 50
• Calcare quarz., granito, ghiaia da 50 a 500
• Terreno sabbioso umido da 70 a 100
• Calcare da 100 a 150
• Terreno sabbioso secco da 150 a 200
• Rocce da 500 a 10000
Energia elettrica 66
Resistività con il metodo Wennera a a
si infiggono 4 elettrodi alla stessa distanza a e si effettua la misura con lo strumento che fornisce una lettura diretta in dellaresistenza R
La resistività vale : = 2 a R (.m)
Energia elettrica 67
Resistività con misura di resistenza
con dispersore verticale m = Rd . L
con dispersore orizzontale m = Rd . L/2
si effettua una misura di resistenza e si applicaal contrario la formula per ricavare la resistività