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PRODUZIONE, TRASMISSIONE, UTILIZZAZIONE

DELL’ENERGIA ELETTRICA

CORSO DI AGGIORNAMENTO

PER EROGAZIONE DI 4 C.F.P.

Roma, 23 Aprile 2016

a cura di Ezio Santini

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UN PO’ DI STORIA

1692 - Nasce a Leida Pieter van Musschenbroek, che concepisce e costruisce la Bottiglia di Leida, il primo apparecchio in grado di accumulare energia elettrica. Si può iniziare ad eseguire esperimenti e ricerche scientifiche.

1766 - Il chimico britannico Joseph Priestley prova sperimentalmente la legge secondo cui la forza esercitata tra cariche elettriche è proporzionale all'inverso del quadrato della loro distanza.

1800 – Alessandro Volta inventa la pila.

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UN PO’ DI STORIA

1831 – Michael Faraday, proseguendo gli studi e le ricerche iniziate da Hans Chrsitan Oersted e André Marie Ampére, scopre che la corrente elettrica può essere generata da variazioni di un campo magnetico. È il padre dell'elettromagnetismo, gettando le basi per gli studi sull'elettrolita; inventa la "gabbia di Faraday ", un efficace parafulmine.

1835 - Georg Simon Ohm studia i rapporti tra resistenza, tensione, corrente.

1838 - Henrich Daniel Ruhmkorff, elettromeccanico tedesco, costruisce il rocchetto ad induzione che da lui prende il nome "Rocchetto di Ruhmkorff ". Si tratta di un trasformatore, ormai di valore oggi soltanto storico, che permette di ottenere elevate differenze di potenziale.

http://www.museoelettrico.com/storia/faraday.html

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UN PO’ DI STORIA

1840 – Werner von Siemens, dopo un passato giovanile in carriera militare, lascia l'esercito e fonda insieme ai fratelli l'azienda Siemens.

1845 - Sir Joseph Wilson Swan in Inghilterra esegue i primi esperimenti per la costruzione della lampadina ad incandescenza, che verrà perfezionata da Thomas Alva Edison e da Alessandro Cruto. La prima lampadina si accende nel 1878.

1859 – Antonio Pacinotti inventa l'anello di Pacinotti, che può convertire energia meccanica in energia elettrica

http://www.museoelettrico.com/storia/siemens.html

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UN PO’ DI STORIA

1885 – Galileo Ferraris dimostra sperimentalmente in pubblico il risultato dei suoi studi: l'esistenza di un campo magnetico rotante generato mediante due bobine fisse, tra loro perpendicolari, percorse da correnti isofrequenziali in quadratura; un cilindretto di rame, immerso nel campo magnetico, si mette in movimento, tra la meraviglia dei presenti, sotto l'azione delle forze elettrodinamiche tra campo rotante e correnti indotte. È l'inizio del motore asincrono.

1888 – Ad Aprile, Galileo Ferraris pubblica la teoria del motore asincrono sulla rivista L'Elettricità.

1888 – A Maggio, Nikola Tesla deposita in America cinque brevetti sulla costruzione dei motori asincroni.1890 – Nikola Tesla apre la strada alla trasmissione dell’energia elettrica in corrente alternata.

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UN PO’ DI STORIA

1892 – Dalla centrale idroelettrica costruita nel "Santuario di Ercole Vincitore" a Tivoli, si sperimenta per la prima volta nel mondo la trasmissione a distanza di corrente elettrica alternata. L’energia viene inviata a Roma, dove una cabina primaria situata a Porta Pia la distribuisce agli impianti di illuminazione pubblica predisposti in città.

1896 – Guglielmo Marconi deposita il suo primo brevetto. Ha

22 anni, ha sperimentato la trasmissione di segnali radio su

distanze sempre maggiori, prima fra un locale e l'altro della

casa paterna poi nei campi di Pontecchio. Anche per consiglio

della madre, irlandese, continua le sue esperienze in

Inghilterra. L'anno successivo si costituisce la compagnia

Marconins Wireless Telegraph and Signal Company: segue il

primo salvataggio a mezzo appello radio sulla Manica.

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UN PO’ DI STORIA

1901 – Guglielmo Marconi sperimenta la trasmissione di onde

radio attraverso l' Atlantico: la stazione trasmittente della

potenza di 25 kW posta a Poldhu Cove in Cornovaglia, dispone

come antenna di un insieme di fili sospesi a ventaglio a una

draglia sostenuta da due alberi di 45 m. d'altezza. La stazione

ricevente è a St. Johns di Terranova dove un aquilone porta

l’antenna alla quota di 120 m. Per mezzo di una cuffia e di un

coherer, i primi SOS sono trasmessi attraverso l’Atlantico il 12

dicembre.

1904 - John Ambrose Fleming inventa il diodo, la prima valvola termoionica a due elettrodi. Si iniziano a vedere le prime avvisaglie dell’elettronica.

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L’ENERGIA ELETTRICA

È evidente l’importanza che assume agli effetti dello sviluppo

della vita civile ed industriale di una regione la disponibilità di

energia in una forma facilmente trasformabile in calore, in

lavoro meccanico, in energia chimica, in luce o in altre richieste

utilizzazioni. Allo stato attuale una delle forme di energia che

meglio si presta alle esigenze suddette è l’energia elettrica per

la sua facilità di trasformazione, per la possibilità di

trasmissione a lunghissime distanze, per la sua facile

divisibilità e per la sua affidabilità.

● L’energia elettrica viene prodotta nelle centrali

(termoelettriche, idroelettriche, nuleari, eoliche, solari ...)

mediante generatori che sono principalmente generatori

sincroni.

● Per trasportare l’energia elettrica dai luoghi di produzione

a quelli di utilizzo si fa uso di linee aeree trifase ad

elevata/elevatissima tensione per ridurre le perdite lungo

la linea. I trasformatori trifase consentono la

trasformazione dei valori di tensione.

● .

L’ENERGIA ELETTRICA - 2

● La distribuzione della energia elettrica agli utenti

industriali viene fatta mediante linee trifase in

alta/media tensione; la distribuzione della energia

elettrica alle utenze domestiche viene fatta mediante

linee trifase col filo neutro in bassa tensione.


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La maggior parte delle energie economicamente utilizzabili

vengono trasformate in energia elettrica o immediatamente alla

sorgente o dopo un trasporto nella loro forma originale, verso i

centri di utilizzazione.

Dato che ancora i generatori magnetofluidodinamici (nei quali

si ha una conversione diretta da energia termica e meccanica

in energia elettrica) sono in fase di ricerca, si può senz’altro

affermare che la totalità dell’energia elettrica prodotta nelle

centrali elettriche è dovuta agli alternatori.

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Le centrali si classificano in base all’energia primaria utilizzata;

le forme di energia primaria oggi economicamente utilizzabili

sono:

- Energia idraulica

- Energia termica

- Energia eolica

- Energia solare

- Energia da biomasse

I DIVERSI TIPI DI CENTRALE

Centrale a ciclo combinatoCentrale idroelettrica

Centrale nucleareCentrale termoelettrica convenzionale


Centrale solareCentrale geotermica

Centrale eolica Centrale a biomasse/rifiuti


LE CENTRALI ELETTRICHE: IMPATTO AMBIENTALE

Gli aspetti fondamentali sono:

o Consumo di risorse

(combustibile, acqua)

o Emissioni gassose, liquide,

solide

o Rumore

o Impatto visivo

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L’ENERGIA IDRAULICA - 1

Nella maggior parte conseguente a salti di grandi portate

d’acqua fluente o accumulata in serbatoi (o bacini). La

conversione in energia elettrica deve avvenire nelle vicinanze

delle sorgenti di energia. Nelle centrali ad acqua fluente si

sfruttano grandi portate d’acqua con piccoli valori di salto

geodetico. Si utilizzano particolari turbine idrauliche

(Francis e Kaplan), che funzionano meglio a basse velocità. Ne

consegue che gli alternatori accoppiati hanno un elevato

numero di coppie polari (generalmente 8 o 16). Le centrali a

serbatoio utilizzano invece l’energia potenziale di masse

d’acqua immagazzinata in opportuni bacini (naturali

o artificiali); di solito funzionano con piccole portate e con

elevati salti geodetici.

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L’ENERGIA IDRAULICA - 2

Di regola si utilizza come turbina idraulica una turbina Pelton,

che funziona meglio ad alte velocità. Ne consegue che gli

alternatori accoppiati hanno un piccolo numero di coppie polari

(generalmente 2, 3 o 4). La presenza del bacino consente a

queste centrali di erogare energia nei periodo di tempo più

opportuni. Inoltre la turbina Pelton si presta meglio di quelle

termiche a rapide e continue variazioni di carico. Si noti che

tutte le centrali idroelettriche, benché in parte dipendenti dagli

eventi meteorologici, non danno luogo a costi per il

“combustibile”. Il costo di impianto delle centrali nuove è

tuttavia crescente a causa dell’esaurimento dei siti facilmente

sfruttabili.

LA CENTRALE IDROELETTRICA

La produzione di energia elettrica

avviene per trasformazione

dell’energia potenziale contenuta

dall’acqua nel bacino superiore,

in energia cinetica attraverso la

condotta forzata, la quale fa

ruotare il Turbo-alternatore.

La potenza generata dipende

dalla portata di acqua e dal

dislivello.

L’energia generata dipende dalla piovosità annuale e dalla

superficie del bacino imbrifero.

LA CENTRALE IDROELETTRICA

La centrale di San Fiorano è una centrale idroelettrica di

generazione e pompaggio di proprietà ENEL con una capacità

totale di 568 MW e una produzione media annua di 342 GWh.

Si trova in località Scianica, nel territorio del comune di Sellero,

in provincia di Brescia.

Dotata di turbine Pelton è la centrale idroelettrica italiana che

presenta il maggior dislivello medio tra bacino e turbina:

1.403,80 m (quello minimo è di 1.361,50 m mentre il massimo

è di 1.439,70).

La centrale ha due gruppi binari di turbine Pelton e due gruppi

ternari, sempre Pelton, ad asse verticale.

Potenza: 140.000 kW. Velocità: 500 giri/min i gruppi binari, 600

giri/min i gruppi ternari.

LA CENTRALE IDROELETTRICA:

IMPATTO AMBIENTALE

Principali effetti ambientali

positivi:

Fonte assolutamente

rinnovabile e gratis!

Rendimento di

conversione assai elevato

(90%)

Totale assenza di

emissioni gassose e

liquide

Totale assenza di rifiuti

solidi


negativi:

Ingenti e lunghi lavori di

costruzione

Modifiche territoriali nel

bacino imbrifero (accumulo

sedimenti a monte, riduzione

materiale a valle)

Modifiche microclima locale

Rischio di incidenti gravi

durante l’esercizio

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L’ENERGIA TERMICA - 1

Eccezionalmente di natura geotermica (soffioni boraciferi), nel

qual caso è indispensabile la conversione presso la sorgente;

generalmente è ottenuta con la combustione di combustibili

fossili solidi, liquidi o gassosi (carbone, petrolio, nafta, metano,

gas naturale) sia nei pressi delle sorgenti, sia vicino ai centri di

utilizzazione. In fase contrastata di impiego è la produzione di

energia termica derivante dall’utilizzo della fissione nucleare,

energia di costo molto variabile. In fase di studio è la

produzione di energia termica derivante dall’utilizzo della

fusione nucleare, di cui però non si è in grado, allo stato attuale

delle conoscenze, di indicare la data del suo utilizzo industriale.

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L’ENERGIA TERMICA - 2

Il calore sviluppato dal combustibile viene in ogni caso sfruttato

mediante turbine a vapore o turbine a gas, che funzionano da

motore nei riguardi dei turboalternatori. Le turbine termiche

funzionano meglio ad alte velocità, per cui i turboalternatori

hanno un numero molto ridotto di coppie polari (1 o 2). Per la

loro grande inerzia termica, occorrono alcune ore per la loro

messa in marcia. A differenza delle centrali idroelettriche, le

centrali termoelettriche presentano il vantaggio di un regime di

produzione indipendente da fattori stagionali, adattandosi

flessibilmente alle esigenze del consumo.

23

L’ENERGIA TERMICA – 3

Tuttavia, per tutte le centrali termiche (con l’eccezione di quelle

geotermiche) occorre tenere conto che, oltre al costo di

costruzione, vi è un costo di esercizio dovuto al consumo di

combustibile. Inoltre, è bene ricordare che questo tipo di

centrale è caratterizzato da un notevole impatto ambientale:

all’immissione in atmosfera dei prodotti della combustione e

allo smaltimento delle scorie (ceneri, bitumi, ecc.) in discarica,

si aggiunge l’inquinamento termico provocato dalle acque di

scarico degli scambiatori di calore.

LA CENTRALE TERMOELETTRICA

CONVENZIONALE

Parco carbone

Caldaia Turbina a vaporeSistema di controllo

Elettro-filtri

De-Solforatori

Camino

Generatore elettrico

Trasformatore

Ceneri

(CENTRALE A CARBONE)


CONVENZIONALE

La centrale ENEL di Torrevaldaliga Nord è una centrale

termoelettrica a carbone con una capacità totale di 1980 MW

installati. Si trova presso la località TorreValdaliga, nel comune

di Civitavecchia. Dal 2003, anno di avvio dei lavori di

riconversione, è andata a sostituire il vecchio impianto che

prevedeva una centrale termoelettrica ad olio combustibile da

4 gruppi con una capacità totale di 2640 MW.


CONVENZIONALE

La centrale è formata da tre sezioni funzionanti a vapore,

prodotto dalla combustione in caldaie ultrasupercritiche dì

polverino di carbone (fonte Enel – Dichiarazione Ambientale

2005-2007) con una capacità di 660 MW cadauna. Dopo il

rinnovo dell'Autorizzazione Integrata Ambientale avvenuto il

05.04.2013, la centrale di Torrevaldaliga Nord funziona per

7500 ore l'anno, brucia 4.500 milioni di tonnellate/anno di

carbone e 150.000.000 Sm3 di gas naturale (per le fasi di

avviamento) (fonte Dec.Min.114 del 05.04.2013), producendo,

quali scarti di processo, 450,000 t/a di ceneri, 250.000 t/a di

gesso e 5.000 t/a di fanghi di trattamento (fonte Enel –

Domanda di AIA - Relazione tecnica dei processi produttivi).


CONVENZIONALE: IMPATTO AMBIENTALE


negativi:

Emissioni gassose (SOx,

NOx, CO, Polveri)

Emissione gas serra (CO2,

vapori H2O)

Scarichi solidi (ceneri) e

liquidi (reflui)

Scarico calore verso

l’ambiente

Consumo di combustibile

non rinnovabile e di acqua

Produzione di rumore

Rimedi:

Uso combustibili “puliti” (gas) e

di sistemi di abbattimento

adeguati

Uso combustibile con minore

contenuto di carbonio (gas);

aumentare il rendimento

Ridurre il carbone, creare

mercato per le ceneri

Migliorare il rendimento e fare

co-generazione

Ridurre il consumo

aumentando il rendimento ed

utilizzare sistemi di

raffreddamento a secco

Barriere acustiche

La centrale a ciclo combinato

LA CENTRALE A CICLO COMBINATO

Condensatore


Caldaia a

recupero

Turbina a GasSistemi di

ControlloGeneratore

Turbina a Vapore

Condensatore




La centrale termoelettrica di Cassano d'Adda sorge sulle

rive del Canale Muzza su un'area di 220.000 m2 a circa 2 km

dall'omonimo centro cittadino.

L'impianto ha una potenza installata disponibile al servizio

elettrico di 760 MW, costituita da due turbogas da 250 MW

(Gruppo 5 e Gruppo 6) in ciclo combinato con una turbina a

vapore (Gruppo 2) da 260 MW.

La centrale, sin dalla sua costruzione (risalente al 1961 con il

Gruppo 1 a vapore da 75 MW), è sede di impianti

all'avanguardia ed in continua evoluzione; nel 1984 è stato

inaugurato il primo intervento di potenziamento (Gruppo 2 a

vapore da 320 MW)..

LA CENTRALE A CICLO COMBINATO:

IMPATTO AMBIENTALE

Caratteristiche principali:

Basse emissioni gassose (SOx, NOx, CO, Polveri)

Bassa emissione CO2 per kWh prodotto

Assenza di scarichi solidi e liquidi

Alstissimo rendimento elettrico

Tempi di realizzazione veloci (2 anni min)

Facilmente adattabili per co-generazione e

teleriscaladamento

Meno costosi in termini di €/kW installato

Basso rumore (50-60 dB ai ricettori)

COSTRUZIONE DI UN CICLO COMBINATO:

GISSI (CH)

LA CENTRALE NUCLEARE

L’energia è prodotta dalla

fissione di nuclei pesanti

(uranio), i quali sottoposti

a bombardamento

neutronico, si scindono in

due grossi frammenti

liberando fotoni ed altri 2-

3 neutroni, in grado di

auto-alimentare la catena.

Il calore viene rimosso

tramite circuito ad acqua

(o gas, più raramente)

che alimenta un ciclo

termico tradizionale

Al mondo ci sono 435 reattori

nucleari in funzione in 31 nazioni

per la produzione di energia.

Queste centrali contribuiscono

per il 16% della produzione

mondiale (circa 1 miliardo di

persone). In Europa (EU15) il

nucleare arriva a coprire il 32%

del fabbisogno.

Nuovi reattori sono in costruzione in numerose nazioni fra cui: Russia,

Finlandia, Giappone, Cina, India, Ucraina. La Francia ha lanciato un

programma nucleare energetico con visione al 2100 (generation III

and IV). Nessun paese al mondo, tranne l’Italia, ha spento i propri

reattori.



La centrale elettronucleare Caorso è stata una centrale

elettronucleare situata nel comune di Caorso (PC) e avente

un unico reattore da 860 MW di potenza elettrica netta, a

uranio leggermente arricchito, moderato ad acqua leggera e

raffreddato secondo lo schema ad acqua bollente di seconda

generazione (BWR), modello BWR4.

Costruita su richiesta dell'Enel dal 1970 al 1978 da Ansaldo

Meccanico Nucleare S.p.A. in collaborazione con la General

Electric, ha iniziato l'attività commerciale dal 1º dicembre

1981 ed è stata chiusa definitivamente il 1º luglio 1990.

Nel periodo di esercizio, durato fino al 1986 il reattore,

soprannominato "Arturo" dagli addetti agli impianti e dalla

popolazione locale, ha prodotto complessivamente 29 TWh.

LA CENTRALE NUCLEARE: IMPATTO AMBIENTALE

Pro:

Nessuna emissione gassosa

Nessuna emissione di gas serra

Costi di produzione inferiori al

termico

Altissima densità energetica

(quindi grande potenza in “piccoli”

spazi): unità > 800 MW

Tecnologia sicura ed affidabile in

continuo sviluppo (reattori veloci

ad uranio naturale)

Riserve di uranio non critiche e

praticamente illimitate per l’U238 e

Torio

Riutilizzo “sicuro” di Plutonio ed

altro

Contro:

Accettazione da parte della

società

Problema delle scorie ed

industria di ri-processamento

In Italia arretratezza

tecnologica a seguito del

referendum del 1987

Tempi di realizzo (> 5 anni,

esclusa burocrazia)

Sito stoccaggio finale

Gestione del combustibile

Possibilità di un incidente

grave

LA CENTRALE GEOTERMICA

Il calore delle profondità terrestri viene sfruttato per

produrre energia elettrica: il gradiente di 3°C/100m

permette di pescare vapore a quote economicamente

accessibile ed alimentare un turbo-gruppo. Il

condensato può essere re-immesso nel serbatoio

geotermico.

Aspetti positivi:

Nessuna emissione liquida/solida

Fonte assolutamente rinnovabile e gratis

Aspetti negativi:

Non competitivo per gli alti costi di

produzione se serbatoio profondo

Impatto paesaggistico elevato (tubazioni)

Scarsità di siti idonei

Max dimensione: qualche decina di MW

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L’ENERGIA EOLICA

Utilizzata per la produzione di modeste quantità di energia

elettrica in zone battute dai venti per la maggior parte

dell’anno, lontano da altre centrali elettriche: è evidente

l’aleatorietà di questo tipo di produzione, che però rappresenta

attualmente la più importante e promettente fonte alternativa a

quelle convenzionali.

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L’ENERGIA EOLICA

Il parco eolico di Castiglione Messer Marino è un impianto di

produzione di energia eolica situato nel territorio comunale di

Castiglione Messer Marino in provincia di Chieti e fa parte del

Comprensorio eolico Alto Vastese.

Realizzato inizialmente nel 2000 con 34 aerogeneratori da

600 kW, è stato successivamente ampliato nel 2002 con altre

10 macchine analoghe e nel 2004 con 24 macchine da

660 kW.

Al parco eolico è associata la stazione di trasformazione di

Monteferrante per la trasformazione dell'energia elettrica in alta

tensione (150 kV).

LA CENTRALE EOLICA

L’energia del vento viene convertita in energia elettrica tramite pale

aerodinamiche in grado di alimentare opportuni generatori elettrici.

Aspetti positivi:

Nessuna emissione

gassosa/liquida/solida

Fonte assolutamente

rinnovabileAspetti negativi:

Non competitivo per gli alti

costi di produzione

Discontinua ed imprevedibile

Impatto paesaggistico elevato

Bassa intensità energetica

LA CENTRALE EOLICA

Fonte: RSE View - Energia Elettrica, anatomia dei costi - 2014

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L’ENERGIA SOLARE

Per mezzo della conversione fotovoltaica, consente limitate

produzioni di energia elettrica (in corrente continua). Le centrali

solari, per essere connesse alla rete elettrica, necessitano di

opportuni convertitori DC/AC. Più conveniente è l’utilizzo

dell’energia solare per il riscaldamento di acqua a bassa

temperatura (circa 60°C); possibile anche il riscaldamento

dell’acqua ad alta temperatura concentrando per mezzo di

specchi parabolici, la luce su adeguati “bollitori”. Anche in

questo caso la regolarità della produzione è fortemente

pregiudicata, essendo condizionata dalle condizioni

atmosferiche e stagionali.

IL SOLARE ED IL FOTOVOLTAICO

Il fotone che colpisce il materiale

semiconduttore, genera una quantità

di portatori di carica (elettroni e

lacune) che possono essere separati

tramite una ddp (giunzione p-n).

Un mercato che cresce: entro il 2025

potremmo arrivare a qualche %

mondiale. Nei moduli fotovoltaici, la

radiazione solare è trasformata

direttamente in energia elettrica.

IL FOTOVOLTAICO


IL FOTOVOLTAICO


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L’ENERGIA DA BIOMASSE

Sono energie ottenibili utilizzando razionalmente materiali di

rifiuto prodotti da uomini, animali e vegetali. L’utilizzo può

avvenire a mezzo di combustione diretta o per combustione dei

prodotti gassosi della fermentazione (principalmente metano).

ENERGIA DALLE MAREE

(TIDAL CURRENT ENERGY)

• A BARRIERA (centrali MAREMOTRICI) utilizzano l’abbassamento e l’innalzamento delle maree; un esempio è la centrale di La Rance in Francia, attiva da 35 anni

• A CORRENTI DI MAREA (NON a barriera) utilizzano:

• TURBINE CHIRALI (con alti rendimenti per basse velocità del fluido)

• TURBINE DI MAREA, analoghe a quelle eoliche, ad asse orizzontale o verticale

• SISTEMI KOBOLD: piattaforme galleggianti con diametro di 10m con turbina ad asse verticale a tre pale (utilizzate in Indonesia, progettate e sperimentate in Italia)

TIPOLOGIE DI IMPIANTI DI SFRUTTAMENTO

- Gli estuari dei fiumi sono le località più adatte e vengono

sbarrati in direzione del mare con una diga artificiale.

-Nelle centrali mareomotrici l'energia elettrica viene prodotta

sfruttando l'energia sviluppata dall'alternarsi delle maree.

- Le centrali mareomotrici sono costituite da una diga con

incorporati gruppi formati da una turbina Kaplan e un

alternatore.

CENTRALI MAREMOTRICI

• Una ulteriore tipologia di centrali è basata sullosfruttamento delle correnti sottomarine, cheopportunamente incanalate possono generare correnteelettrica tramite delle turbine.

• Si chiamano “turbine da marea” ed i loro rotori sono spintidalle correnti marine invece che dal vento.

• La principale differenza rispetto al vento è che le turbine acorrenti marine sono più piccole a parità di potenza, ( ladensità dell’acqua è 800 volte quella dell’aria ) , nonhanno un impatto ambientale perché sono quasicompletamente sommerse, non fanno rumore e nondanneggiano fauna e flora.

CENTRALI CHE SFRUTTANO

LE CORRENTI SOTTOMARINE

Cogenerazione e' la produzione combinata di energia elettrica e calore alle condizioni definite dall'Autorità per l'energia elettrica e il gas, che garantiscano un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate (Art. 2 comma 8 DL 79/99)

Condizioni da rispettare (del. AEEG 42/02)

Indice di risparmio di energia IRE

Limite termico LT

COGENERAZIONE

Indice di risparmio di energia (IRE): è il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dalla sezione di cogenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica e l’energia primaria richiesta dalla produzione separata (del. AEEG 42/02)

COGENERAZIONE:

VALUTAZIONE DEL RISPARMIO

indts

Etind

civts

Etciv

pes

Ee

EcIRE

,,

1

Limite termico (LT): il rapporto tra l’energia termica utile annualmente prodotta Et e l’effetto utile complessivamente generato su base annua dalla sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore, pari alla somma dell’energia elettrica netta e dell’energia termica utile prodotte (Ee + Et), riferiti all’anno solare, secondo la seguente formula:

te

t

EE

ELT

COGENERAZIONE:

VALUTAZIONE DEL RISPARMIO

Trigenerazione e' la produzione combinata di

- energia elettrica

- calore per uso termico

- calore per la produzione di energia frigorifera

le condizioni da rispettare sono le stesse della cogenerazione

La produzione di energia frigorifera solitamente si ottiene mediante gruppi ASSORBITORI con soluzioni di Bromuro di Litio che sfruttano il calore prodotto dalla cogenerazione o da altra fonte.

TRIGENERAZIONE

Impatto Ambientale

Tipologia Combustibile

Fonte

rinnovabile

Fonte non

rinnovabile

Fonte

primaria Derivato

Produzione

CO2

Produzione

Inquinanti

gassosi (*)

Produzione

altri

inquinanti (**) Rumore

Impatto

visivo

Carbone X X XXX XXX XX XX XXX

Olio combustibile X X XX XX XX XX XXX

Termoelettrico Gas naturale X X X X X X

Biomasse X X XX XX X XX X

Idrogeno X X X X X

Idroelettrico X X XX XXX

Nucleare da fissione Uranio X X XX XX

Eolico X X XXX XXX

Solare X X XXX

Geotermico X X X XX

(*): SOx, NOx, CO, Particolato

(**): Ceneri, Scorie, Reflui

LE CENTRALI ELETTRICHE: IMPATTO AMBIENTALE

55

IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE

La maggior parte delle centrali di produzione sono connesse

tra loro e con il sistema di distribuzione dell’energia, cosicché

l’intera rete nazionale può essere vista come un unico carico, il

cui fabbisogno di energia è variabile nel tempo secondo dei

diagrammi di carico giornalieri.

L’andamento del diagramma di carico varia a seconda della

stagione dell’anno considerata, tuttavia esso presenta sempre

due massimi (punte di carico) ed un minimo notturno. Ponendo

in ordinate la potenza richiesta ed in ascisse il tempo, l’area del

diagramma di carico rappresenta l’energia giornaliera richiesta.

56

IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE

Esempio di diagramma di carico giornaliero. PB potenza base;

A punte di carico, B base del carico, C eccedenze.

57

IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 2

L’adeguamento della produzione alla richiesta viene fatto

facendo funzionare alcune centrali in servizio continuativo, in

modo che sia sempre disponibile una potenza base PB, mentre

altre centrali entrano in funzione per coprire le punte di carico.

È evidente che nei periodi in cui la potenza richiesta è minore

di PB vi sarà una eccedenza di potenza disponibile. Per

sopperire a questo inconveniente si utilizzano frequentemente

delle centrali di pompaggio che, nei periodi di eccedenza,

pompano acqua dai bacini di valle ai bacini in quota,

accumulando così energia potenziale gravitazionale che potrà

essere utilizzata il giorno dopo per coprire le punte del carico.

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La scelta delle centrali che devono espletare il servizio di base

o quello di punta avviene in base a criteri che possono essere

così sintetizzati:

− Le centrali idroelettriche hanno tempi di messa in servizio

piuttosto ridotti, dell’ordine dei minuti, per cui sono adatte

all’espletamento del servizio di punta, che comporta frequenti

distacchi ed inserzioni dell’impianto;

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− Le centrali termoelettriche, invece, hanno bisogno di tempi di

avviamento molto maggiori, a causa del tempo necessario per

fare arrivare il vapore alla pressione ad alla temperatura di

funzionamento, con costanti di tempo dell’ordine delle ore

(crescente con la potenza). Essendo inoltre di potenza

notevolmente maggiore di quelle idroelettriche, esse sono

idonee al servizio di base, caratterizzato da un funzionamento

continuo, anche se non sempre alla stessa potenza.

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L’insieme delle macchine, apparecchiature e linee destinate

alla produzione, trasformazione, trasmissione, distribuzione ed

utilizzazione dell’energia elettrica costituisce il SISTEMA

ELETTRICO in senso lato. In effetti il sistema complessivo è

l’unione di più sottosistemi distinti fra loro a seconda della

funzione, della tensione nominale o in base ad altri criteri. In

maniera molto schematica la struttura generale di un sistema

elettrico di potenza, di tipo trifase, è sintetizzata nella figura,

dove si fa riferimento ad un unico generatore e si adotta la

schematizzazione unifilare per la rappresentazione

dei conduttori.

61


62

Le funzioni delle varie parti del sistema si possono così

classificare:

− PRODUZIONE di energia elettrica mediante centrali di varo

genere, funzionanti a tensione non molto

elevata, per problemi di isolamento degli alternatori.

− TRASFORMAZIONE delle grandezze elettriche (tensione e

corrente) al fine di avere in ogni punto del sistema il valore di

tensione più opportuno. Tale funzione viene svolta dalle

stazioni di trasformazione (S1, S2, S3) e dalle cabine di

trasformazione (C). Le stazioni S1 ed S2 sono dette primarie,

le S3 secondarie.


63

− TRASMISSIONE dell’energia elettrica, ossia il trasporto di

notevoli quantità di energia a grandi distanze e con valori

elevati di tensione, mediante linee aeree o in cavo. Nella

figura2 il tratto L1 rappresenta una linea di trasmissione ed L2

una linea di trasmissione secondaria.

− DISTRIBUZIONE: è l’ulteriore livello del trasporto dell’energia

ed interessa il collegamento tra le stazioni, le cabine e le

utenze. Si distingue una distribuzione in media tensione (MT)

svolta dalla linea L3 ed una in bassa tensione (BT), propria

delle linee L4. Nelle zone ad elevata densità di utenza queste

linee sono generalmente in cavo.


64

- UTILIZZAZIONE dell’energia elettrica, ossia trasformazione di

tale energia in una forma adatta ad utilizzazioni civili ed

industriali (illuminazione, movimentazione di organi meccanici,

ecc.). Nella figura si distinguono le utenze alimentate in AT

(U1), in MT (U2) e in BT (U3). La consegna dell’energia

elettrica viene effettuata in AT o MT solo per le utenze più

importanti (utenze industriali). Per le utenze minori, quali

officine o abitazioni (utenze domestiche), le cabine

garantiscono una tensione concatenata nominale di circa 400

V oppure una tensione fase – neutro di 230 V.


65

In realtà il sistema elettrico italiano ha una complessità molto

maggiore di quella deducibile dalla figura. Tutte le maggiori

centrali di produzione sono tra loro collegate mediante linee di

interconnessione, in modo tale che, al livello delle tensioni più

alte vi sia una unica rete interconnessa, in cui confluisce tutta

l’energia prodotta, con il vantaggio che la messa fuori servizio

di una centrale non pregiudica l’alimentazione di una o più

zone del territorio nazionale. In questo modo diventa però

estremamente delicato il problema della regolazione delle

energie prodotte dalle varie centrali e della ripartizione dei

flussi di energia sulle varie linee. È da tenere presente inoltre la

presenza di linee di connessione tra l’Italia ed i paesi confinanti

(Francia, Svizzera, Austria) attraverso le quali si attua l’import-

export energetico.


66

In realtà il sistema elettrico italiano ha una complessità molto

maggiore di quella deducibile dallafigura. Tutte le maggiori

centrali di produzione sono tra loro collegate mediante linee di

interconnessione, in modo tale che, al livello delle tensioni più

alte vi sia una unica rete interconnessa, in cui confluisce tutta

l’energia prodotta, con il vantaggio che la messa fuori servizio

di una centrale non pregiudica l’alimentazione di una o più

zone del territorio nazionale. In questo modo diventa però

estremamente delicato il problema della regolazione delle

energie prodotte dalle varie centrali e della ripartizione dei

flussi di energia sulle varie linee. È da tenere presente inoltre la

presenza di linee di connessione tra l’Italia ed i paesi confinanti

(Francia, Svizzera, Austria) attraverso le quali si attua l’import-

export energetico.


67

Dalla figura si nota che i vari punti del sistema elettrico sono

caratterizzati da diversi livelli di tensione. I motivi che portano

ad una scelta tecnicamente ed economicamente corretta dei

vari valori sono molteplici. Alcuni di essi sono i seguenti:

− Isolamento delle macchine e delle apparecchiature, che deve

essere proporzionato alla tensione di esercizio; poiché i

trasformatori, che sono macchine statiche, sono più facilmente

isolabili degli alternatori. si preferisce produrre con tensioni di

15÷30 kV ed elevare la tensione a valori adatti al trasporto

mediante i trasformatori. Tali valori sono in generale funzione

della potenza da trasmettere e della distanza.


68


69

- A parità di potenza apparente la corrente I = S / 3 V (in

corrente alternata trifase) diminuisce all’aumentare della

tensione e pertanto è conveniente effettuare il trasporto, specie

per potenze rilevanti, alla tensione più elevata possibile;

− Livelli di tensione delle utenze: la maggior parte delle utenze

funziona a bassa tensione e pertanto occorrono i vari stadi di

trasformazione della tensione, dai valori di trasporto (220 kV,

380 kV) a quelli di utilizzo (220 V, 380 V nella maggior parte dei

casi);

− Sicurezza degli utenti, che aumenta al diminuire della

tensione e pertanto, per le parti di impianto a diretto contatto

con le persone, è preferibile adottare bassi livelli di tensione.


70

Un’altra considerazione da fare riguarda la frequenza: il

sistema di trasmissione generalmente impiegato è quello a

corrente alternata trifase di frequenza 50 Hz (in Europa, 60 Hz

negli USA).

L’adozione di frequenze più elevate comporterebbe macchine

di minori dimensioni a pari potenza.

Tuttavia gli aumenti delle reattanze magnetiche proprie delle

linee e dei generatori renderebbero estremamente difficoltosa

la regolazione della tensione e la stabilità dell’esercizio.


71

CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA

E CORRENTE CONTINUA

In generale il trasferimento di energia elettrica tra due punti, nei

sistemi elettrici di potenza (escludendo quindi il campo delle

telecomunicazioni), può avvenire nei seguenti tre modi:

- corrente continua;

- corrente alternata monofase a frequenza industriale (50 Hz

per l’Europa, 60 Hz per gli USA);

- corrente alternata trifase a frequenza industriale.

72

CONFRONTO TRA AC E DC - 2

Il confronto tra i pesi di materiale conduttore è uno dei criteri

che determina la convenienza economica della linea. Infatti, il

peso del conduttore incide sia sul costo proprio dei conduttori

che su quello dei sostegni, della posa in opera della linea, etc.

Il confronto tra i tre sistemi di trasmissione deve essere

effettuato rispettando le seguenti ipotesi:

− parità della potenza trasmessa P [W];

− parità della tensione di trasmissione V [V];

− parità della lunghezza di linea L [m];

− parità della potenza dissipata sulla linea Dp [W];

− parità di conduttore (quindi stesso peso specifico g e stessa

resistività r).


74


In continua, quindi, il peso dei conduttori è dato da:

75

CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA E CORRENTE CONTINUA

CORRENTE ALTERNATA MONOFASE

rispetto al caso precedente cambia solo l’espressione della

corrente che è I = P / (V cos j) e pertanto, nella formula del

peso comparirà a denominatore il termine cos2j, ottenendo:

76


CORRENTE ALTERNATA TRIFASE

Poiché i conduttori sono tre, si ha:

77


Per qualsiasi valore di cos j, il peso della linea in corrente

alternata trifase è sempre minore di quello in corrente alternata

monofase;

− per qualsiasi valore di cos j, il peso dei conduttori in corrente

continua è sempre inferiore a quello in corrente alternata

monofase, salvo che per cos j 1, caso in cui i due pesi sono

uguali;

− per valori di cos j<0.866, il peso in corrente alternata trifase

è maggiore di quello in corrente continua e viceversa;

− per valori di cos j = 0.866 i due pesi sono uguali.

78


La generazione di energia elettrica avviene quasi totalmente

sotto forma di corrente alternata trifase, in quanto i relativi

generatori (alternatori trifase) sono costruttivamente più

semplici e robusti dei generatori in corrente continua; anche

l’utilizzazione avviene prevalentemente in corrente

alternata. Volendo effettuare la trasmissione in corrente

continua occorre una stazione di conversione a monte ed una

a valle della linea. Attualmente la conversione avviene

mediante raddrizzatori statici (diodi ed SCR);

79


La trasmissione in corrente continua presenta il vantaggio,

rispetto alle linee trifase, di un minore costo degli isolatori e

dei sostegni, sia per il fatto di impiegare due conduttori (o

anche uno se il ritorno è effettuato a terra) anziché tre, sia

perché, a parità di valore efficace della tensione V, la linea a

corrente alternata va costruita con un livello di isolamento

proporzionato al valore massimo VMAX = 1.41 V, mentre

quella a corrente continua deve essere isolata solo per la

tensione V; questi vantaggi risultano particolarmente

importanti per le linee lunghe ad altissima tensione;

80


− In corrente continua c’è una minore caduta di tensione di

linea perché manca la caduta di tensione dovuta alla reattanza

induttiva. Altro vantaggio, particolarmente sensibile nelle linee

in cavo, è l’assenza di effetti capacitivi. Attualmente la

trasmissione di energia elettrica a tensione 220kV - 380kV si

effettua con linee aeree trifasi; la corrente continua è stata

adottata, per esempio, per l’attraversamento di tratti di mare

con cavo sottomarino (Toscana - Corsica - Sardegna a 200kV,

Inghilterra - Francia, fiordi norvegesi).

81

LE LINEE ELETTRICHELe linee di trasporto sono realizzate, generalmente, con

conduttori nudi che si appoggiano ad appositi sostegni.

Valutazioni di carattere sia elettrico (livello di tensione e di

corrente) che meccanico (lunghezza dei tratti di conduttore fra

due sostegni, presenza di sollecitazioni aggiuntive, quali vento,

neve o ghiaccio) sono alla base dei criteri che conducono alla

scelta del materiale conduttore per le linee e la loro

organizzazione strutturale. I conduttori (in rame o alluminio)

sono realizzati in fili o corde. A parità di resistenza elettrica, un

conduttore di alluminio deve avere una sezione maggiorata del

60% rispetto ad un conduttore di rame: il suo peso risulta

tuttavia circa la metà di quello in rame. Generalmente sono irrobustiti meccanicamente da un’anima interna costituita da una fune di

acciaio.

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI IN

BASE ALLA TENSIONE NOMINALE

Norma CEI 64-8

● Sistemi di categoria zero:

Vn 50 V se in corrente alternata;

Vn 120 V se in corrente continua.

● Sistemi di prima categoria:

50 Vn 1000 V se in corrente alternata;

120 Vn 1500 V se in corrente continua.

● Sistemi di seconda categoria:

1000 Vn 30 000 V se in corrente alternata;

1500 Vn 30 000 V se in corrente continua.

● Sistemi di terza categoria:

Vn 30 000 V sia in corrente alternata che in corrente continua

Ai fini della distribuzione della energia elettrica si distinguono:

● bassa tensione (BT) Vn < 1000 Volt

● media tensione (MT) 1000 Volt < Vn < 30 000 Volt

● alta tensione (AT) 30 000 Volt < Vn < 130 000 Volt

● altissima tensione (AAT) Vn > 130 000 Volt

83

LE LINEE ELETTRICHE

84

LE LINEE ELETTRICHE

Le linee ad alta tensione prevedono la presenza di un

conduttore supplementare (indicato con G), denominato fune di

guardia, generalmente posto in cima al traliccio di supporto. La

sua funzione è quella di costituire una schermatura protettiva

dei cavi sottostanti (indicati con L) nei confronti di eventuali

fulminazioni dirette. Inoltre, la fune di guardia, metallicamente

connessa ai tralicci, abbassa la resistenza di terra complessiva

dei singoli tralicci, collegati in parallelo verso terra. La fune di

guardia è generalmente costituita d PRZHOG a corde in

acciaio zincato o Alumoweld, conduttore con anima in acciaio e

strato esterno in alluminio.

85

LE LINEE ELETTRICHE

86

LE LINEE ELETTRICHECondizioni di umidità e pressione adatte possono favorire

l’instaurarsi di un fastidioso fenomeno noto come “effetto

corona”, che consiste nella ionizzazione degli strati di

atmosfera intorno alla linea. La presenza dell’effetto Corona è

spesso visibile come una fascia luminescente di colore

azzurrino che riveste i conduttori. Il fenomeno è fonte di perdite

energetiche e di disturbi di vario genere, soprattutto sotto forma

di scariche il cui spettro di frequenze è abbastanza ampio da

arrecare interferenze nelle comunicazioni, entro la banda delle

decine di MHz. Per contrastare il fenomeno occorre abbassare

il valore del campo elettrico facendo aumentare il diametro dei

conduttori di linea: a tale scopo si adottano linee a conduttori

multipli a IDVFL (linee doppie o triple) aventi la funzione proprio

di aumentare il diametro efficace dei conduttori.

87

LE LINEE ELETTRICHEL’impiego di conduttori nudi comporta la necessità di

provvedere ad un loro adeguato isolamento dai supporti

(tralicci), interponendo opportuni isolatori costruiti perlopiù in

vetro, porcellana o resine polimeriche. Gli isolatori sono formati

spesso da elementi assemblati in maniera da formare

una catena la cui rigidità dielettrica complessiva risulta circa

multipla di quella dell’isolatore singolo.

Un ulteriore parametro di progetto è costituito dalla forma degli

isolatori. Il problema della forma è particolarmente curato per

gli isolatori per esterno. A differenza di quelli per interni, infatti,

devono far fronte a condizioni di esercizio certamente più

gravose per la presenza di fattori ambientali sfavorevoli, quali

la pioggia, l’umidità e l’azione di agenti contaminanti (fumi

industriali e/o salsedine nelle zone costiere).

88

L’isolatore a perno, impiegato

soprattutto per le medie e le basse

tensioni, presenta un corpo in vetro

o porcellana (tratteggiato in figura). Il

conduttore viene sistemato nella

scanalatura superiore S oppure

fissato lateralmente nella gola C. La

parte inferiore è munita di un

foro rigato che ne consente il

fissaggio su un perno portaisolatore

P.

LE LINEE ELETTRICHE

89

L’isolatore a cappa e perno

(vedi figura 7.b), impiegato

per le alte tensioni, ha una

struttura che lo rende idoneo

a formare catene sospese. Al

corpo, in vetro o porcellana,

vengono applicati, in testa,

una cappa superiore C e, in basso, un perno di ghisa P. La

catena viene assemblata agganciando un perno entro

l’alloggiamento di una cappa, fino a raggiungere una

lunghezza complessiva dipendente dalle specifiche necessità

di isolamento-

LE LINEE ELETTRICHE

90

Il dimensionamento e la tenuta degli isolamenti non può

essere riferito alla sola tensione di normale esercizio delle

linea ma deve offrire adeguata sicurezza anche nei confronti

di eventuali sovratensioni, quasi sempre di carattere

transitorio, spesso molto più elevate dei valori massimi per i

quali è previsto il normale funzionamento dell’impianto.

SOVRATENSIONI

91

Le sovratensioni per CAUSE INTERNE sono quelle prodotte

da variazioni di regime più o meno brusche legate, in genere,

a:

a) manovre sugli impianti, generalmente riconducibili a

chiusura o apertura di un interruttore,

b) improvvisa riduzione del carico,

c) risonanza in rete,

d) contatto accidentale di un impianto con un altro a tensione

di esercizio maggiore.

SOVRATENSIONI

92

SOVRATENSIONILe sovratensioni per CAUSE ESTERNE sono imputabili a

fenomeni di origine atmosferica, dovuti, in genere, a induzione

elettrostatica e/o elettromagnetica. Il caso più grave è certamente

quello della fulminazione diretta, quando una linea viene colpita da

un fulmine. (Un fulmine presenta

valori tipici di tensione massima di circa 1÷5 MV, per tempi di 5÷50

μs. Il valore massimo della corrente prodotta da un fulmine varia

fra circa 5 e 100 kA).

Lo studio delle sovratensioni può essere condotto per via teorica

analizzando in regime transitorio il modello circuitale della linea,

costituito da equazioni differenziali alle derivate parziali. La verifica

sperimentale consiste nel sottoporre singoli componenti o tratti di

linea a prove normalizzate

con appositi generatori di tensione, sia in regime sinusoidale (a

frequenza industriale) che in regime transitorio.

93

SOVRACORRENTIUn SOVRACCARICO è la causa più frequente di sovra-

corrente, consistente nel superamento dei valori di corrente per

i quali una linea o una apparecchiatura sono proporzionate. Si

tratta, quasi sempre, di fenomeni di durata limitata, che si

verificano in connessione con l’intrinseca modalità di funziona-

mento di alcuni dispositivi: un esempio tipico è costituito dalle

elevate correnti di spunto dei motori asincroni in fase di avvia-

mento, fino a 6 ÷ 8 volte superiori alle correnti nominali. I

sovraccarichi hanno un effetto quasi esclusivamente termico:

se sono di durata limitata e non si ripetono troppo frequente-

mente, sono privi di conseguenze pericolose. A sovraccarichi

via via più rilevanti corrispondono danni sempre più gravi: a

partire dal semplice, anche se irreparabile, deterioramento

dell’isolante dei cavi, si arriva al vero e proprio incendio.

94

SOVRACORRENTIUna corretta protezione dal sovraccarico richiede che siano

rispettate le seguenti condizioni:

1) la corrente nominale del dispositivo di protezione non deve

essere inferiore alla corrente di normale esercizio del

conduttore entro il quale è inserito (al fine di evitare interventi

inopportuni);

2) la corrente nominale del dispositivo di protezione deve

essere inferiore alla corrente massima sopportata dal

conduttore in regime permanente (l’intervento della protezione

deve aver luogo prima che il conduttore sia compromesso

definitivamente);

3) il tempo di intervento deve essere inversamente

proporzionale all’entità del sovraccarico.

95

SOVRACORRENTI

Le sovracorrenti più rilevanti, e pericolose, sono quelle dovute

a un cortocircuito tra due elementi dell’impianto non

equipotenziali: in tempi brevissimi si possono raggiungere

valori elevatissimi della corrente, limitati solo dalle

caratteristiche del generatore equivalente della linea a monte

della zona di guasto.

96

SOVRACORRENTILe condizioni per la protezione più efficiente dal cortocircuito

sono:

1) il dispositivo di protezione deve avere un potere di

interruzione non inferiore al valore presumibile per la corrente

di cortocircuito nel punto di installazione del dispositivo;

2) l’intervento deve aver luogo in maniera tempestiva per un

cortocircuito che si verifichi in qualunque punto della linea

protetta, prima che isolanti o conduttori risultino

irrimediabilmente danneggiati;

3) il dispositivo deve essere installato all’inizio del tratto da

proteggere, con una tolleranza di 3 m (salvo eventuali rischi di

incendio);

4) la corrente nominale del dispositivo deve essere non

inferiore alla corrente di esercizio ordinario della linea protetta.

97

SOVRACORRENTI

La corrente di corto circuito Icc in un punto di un impianto

elettrico rappresenta la corrente che circolerebbe in un

conduttore di resistenza trascurabile che collegasse le linee in

tensione. Il valore di Icc dipende da una molteplicità di fattori,

quali la sezione e la lunghezza delle linee a monte del

guasto o la potenza nominale del trasformatore di

alimentazione più prossimo.

98

SOVRACORRENTI

Un criterio prudenziale consiste nell’assumere quale valore

presunto della corrente di cortocircuito quello corrispondente al

caso peggiore, quando si supponga l’impedenza di

cortocircuito nulla e il tempo di intervento delle protezioni

abbastanza lungo da consentire alla corrente di raggiungere il

valore di regime, a transitorio estinto. Oltre che per il

dimensionamento delle protezioni, una valutazione preventiva

delle correnti di cortocircuito risulta essenziale anche per

prevedere gli sforzi elettrodinamici indotti sui conduttori e negli

avvolgimenti delle macchine elettriche.

99

APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE

La gestione e la sicurezza di una rete elettrica è affidata ad una

molteplicità di apparecchiature che provvedono a:

a) realizzare le manovre richieste dalle esigenze dell’utenza in

condizioni di esercizio ordinario,

b) far fronte in maniera automatica ad anomalie di

funzionamento che possano costituire pericolo per le cose o le

persone.

La sintetica panoramica che segue prescinde intenzionalmente

dalle complesse problematiche tipiche delle reti in AT,

limitandosi a far riferimento soprattutto alle reti in media e

bassa tensione.

100


Il normale esercizio degli impianti prevede la necessità di

inserire o disinserire generatori, carichi o intere sezioni di rete.

Gli apparecchi di manovra a tale scopo utilizzati presentano

caratteristiche funzionali che dipendono fortemente dalla

gravosità delle condizioni operative cui devono fare

fronte.

Gli interruttori consentono la chiusura e l’apertura di una linea

sotto carico anche in condizioni di cortocircuito.

101


Interruttori: versione azionata dall’operatore e versione

automatica, il cui funzionamento è asservito all’intervento di un

sistema di protezione (con sensori, relè o altro).

102


In base alle operazioni che sono in grado di compiere, gli

interruttori sono distinti in:

INTERRUTTORI: sono in grado di stabilire, condurre ed

interrompere la corrente in condizioni normali

del circuito ed anche di stabilire, condurre per un tempo

determinato ed interrompere la corrente in determinate

condizioni anormali come quelle di cortocircuito. Possiedono

due posizioni stabili di funzionamento (aperto e chiuso) nelle

quali possono permanere in assenza di azioni

di comando esterne.

103


INTERRUTTORI DI MANOVRA: sono in grado di stabilire,

condurre ed interrompere la corrente in condizioni

normali del circuito, comprese eventualmente specificate

condizioni di sovraccarico in servizio. Possono essere in grado

di stabilire e di condurre per una durata specificata la corrente

in condizioni di cortocircuito, ma non sono in grado di

interromperla. Possiedono due posizioni stabili di

funzionamento (aperto e chiuso) nelle quali possono

permanere in assenza di azioni di comando esterne.

104


All’apertura di una rete sotto carico si manifesta quasi sempre

un arco elettrico che tende a conservare la continuità della

corrente. Generalmente gli interruttori sono costruiti in maniera

tale da non impedire la formazione dell’arco, la cui presenza

limita le sovratensioni induttive, ma nel

contempo provvedere alla sua estinzione in tempi brevi

(dell’ordine dei millisecondi) ed impedirne

il riadescamento a manovra conclusa.

Affinché questo avvenga si devono adottare determinati

accorgimenti, consistenti in:

105


− DEIONIZZAZIONE DELL’AMBIENTE, sostituendo il

dielettrico ionizzato con altro non ionizzato, in

modo da ripristinare la rigidità dielettrica tra i contatti;

− ALLUNGAMENTO DELL’ARCO e suo eventuale

frazionamento in archi elementari, allo scopo di

aumentare il valore di tensione necessario al sostentamento

dell’arco stesso;

− RAFFREDDAMENTO dei contatti per evitare l’emissione

termoionica e limitare la sollecitazione termica.

106


Le principali caratteristiche funzionali che caratterizzano un

interruttore sono:

− La TENSIONE NOMINALE DI ESERCIZIO Ve, che

rappresenta la tensione alla quale vengono riferite le

prestazioni dell’apparecchio sia nelle normali operazioni di

apertura e chiusura che in condizioni di cortocircuito. Nel caso

di reti trifasi, occorre riferirsi alla tensione concatenata. I valori

più comuni tra quelli normalizzati sono 220, 440, 660, 1500,

2400, 3000 per la c.c. e 220, 380, 660,

3000, 6000, 10000 per la c.a..

107


− La TENSIONE NOMINALE DI ISOLAMENTO Vi, che è il

valore di tensione, generalmente fissato dalle norme, che

garantisce l’isolamento dell’apparecchio o di un suo

componente accessorio.

− Le TENSIONI PER IL COORDINAMENTO

DELL’ISOLAMENTO, che esprimono livelli di sovratensione ai

quali occorre far riferimento per la scelta e il dimensionamento

delle parti isolanti: corrispondono a differenti condizioni

operative, usualmente normalizzate, quali, ad esempio, la

prova di tenuta ad impulso per la simulazione della

fulminazione.

108


− La CORRENTE NOMINALE, che è il valore della corrente

che l’interruttore può condurre in assegnate

condizioni ambientali e nel rispetto delle specifiche termiche

progettuali. Il valore può variare a

seconda del tipo di servizio previsto, continuo o discontinuo.

− Il POTERE NOMINALE DI INTERRUZIONE Iin, espresso dal

valore della corrente di cortocircuito che un interruttore

automatico può interrompere ad una tensione superiore di non

oltre il 10% rispetto a quella nominale, quando la frequenza e il

fattore di potenza siano quelli nominali. Il potere di interruzione,

indicato sulla targa di identificazione dell’apparecchio, deve

essere superiore alla corrente di cortocircuito presunta nel

punto di installazione della protezione..

109


− Il POTERE NOMINALE DI CHIUSURA SU CORTO

CIRCUITO Icn, la corrente di cortocircuito sulla quale un

interruttore può essere chiuso ad una tensione superiore del

10% a quella nominale, a frequenza e fattore di potenza

nominale. Ci si riferisce, generalmente, a valori normalizzati

della corrente di cortocircuito, secondo la serie seguente,

espressa in kA:

Icc, [kA]: 6.3; 8; 10; 12.5; 16; 20; 25; 31.5; 40; 50; 63; 80; 100.

La necessità di far fronte a sollecitazioni meccaniche e

termiche anche molto gravose rende, in conclusione, gli

interruttori molto ingombranti, pesanti e costosi.

110


I TELERUTTORI

Sono dimensionati per interrompere le sole correnti di normale

esercizio, con esclusione di quelle di cortocircuito. Sono

caratterizzati da una unica posizione stabile di funzionamento

che è quella di aperto. Nella posizione di chiuso possono

permanere solo in presenza di una azione di comando,

generalmente di tipo elettromagnetico. Confrontato con un

interruttore di uguale corrente nominale, un contattore

presenta, dunque, struttura più semplice, dimensioni ridotte e

costo sensibilmente inferiore.

111


I TELERUTTORI

contattore a comando manuale ed automatico

Nella forma più semplice vengono impiegati nelle reti di

Categoria 1 (V < 1000 V in alternata oppure V < 1200 V in

continua); in versione speciale sotto vuoto sono anche usati

nell’ambito delle reti a MT.

112


I SEZIONATORI

Sezionatore a comando manuale ed automatico

Sono destinati ad interrompere la continuità elettrica

per le sole linee a vuoto. 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.

113


I SEZIONATORISezionatori a semplice

interruzione: nella posizione di

circuito chiuso, il conduttore a

lama L, incernierato ad una

estremità, viene mantenuto fra

le espansioni del morsetto

fisso di sinistra, collegando,

così, i due conduttori C. La

rotazione della lama L

interrompe la continuità ohmica dei conduttori C. Entrambi i

blocchi superiori sono supportati da isolatori I il cui dimensio-

namento va riferito alla tensione fra i morsetti a circuito aperto.

114


I SEZIONATORI

Sezionatori a doppia interruzione: la rotazione della lama

produce, come è evidente, una duplice interruzione per ogni

linea.

115


I SEZIONATORI

La manovra dei sezionatori può essere effettuata a mano o con

l’ausilio di azionamenti elettrici o meccanici: è importante, in

ogni caso, che rimanga rigorosamente subordinata, a quella

degli interruttori (o dei teleruttori), in modo che i sezionatori

operino sempre a vuoto. Nella fase di interruzione del circuito,

si apre prima l’interruttore e poi i sezionatori; in quella di

ripristino della continuità invece si richiudono prima i sezionatori

e poi l’interruttore.

116


I SEZIONATORI

117


I FUSIBILI

I fusibili rappresentano i più semplici e, spesso, i più rapidi

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. Per le loro

caratteristiche intrinseche i fusibili non discriminano fra

sovraccarico e cortocircuito: il tempo di intervento dipende

esclusivamente dal raggiungimento del regime termico che ne

determina la fusione (decresce all’aumentare della corrente).

Indicando con Rf la resistenza del conduttore con il quale il

fusibile è realizzato, la protezione interviene interrompendo il

circuito quando il calore WJ dissipato per effetto Joule nell’

intervallo convenzionale di intervento [0, Ti] supera il calore di

fusione Wf.

118


I FUSIBILI

La forma del fusibile; a) l simbolo del fusibile,; b) il fusibile con

indicazione dell’estremo che rimane in tensione dopo

l’intervento.

119


I FUSIBILI

La scelta di un fusibile viene effettuata con riferimento a

questi parametri:

− La CORRENTE NOMINALE (definita anche portata) che

rappresenta la corrente massima che può percorrere

il fusibile senza che questo fonda.

− LA FORMA D’ONDA DELLA CORRENTE: il regime

stazionario rappresenta certamente la condizione più gravosa.

− Il POTERE DI INTERRUZIONE NOMINALE: è definito in

maniera analoga a quello degli interruttori.

− La TENSIONE NOMINALE è quella alla quale sono riferite

le prestazioni del fusibile: deve essere non inferiore a quella di

esercizio normale della linea da proteggere.

120


I FUSIBILI

I fusibili sono spesso utilizzati in coordinamento di protezione

con un interruttore: quando si preveda la possibilità che

la corrente di cortocircuito superi il potere di interruzione

nominale dell’interruttore automatico, occorre inserire a monte

di questo il fusibile (la piccola freccia indica usualmente la

sezione nella quale si è verificato il guasto).

121


GLI SPINTEROMETRI

Gli scaricatori rappresentano i più semplici dispositivi di

protezione contro le sovratensioni. 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 le punte dello scaricatore, si verifica un

arco, che costituisce la via preferenziale attraverso la quale

si scarica la sovratensione: la distanza fra le punte dipende

dal valore della tensione per la quale si desidera che avvenga

l’innesco dell’arco.

122


GLI SPINTEROMETRI

123


GLI SPINTEROMETRI

Nei sistemi ad alta tensione si dà la preferenza ai cosiddetti

scaricatori a resistenza non lineare: relativamente più costosi

degli altri, sono realizzati ponendo in serie uno scaricatore

spinterometrico con una resistenza non lineare allo scopo di

mantenere praticamente costante la tensione ai capi della

protezione. Il dimensionamento dello scaricatore può essere

così effettuato sulla base di una tensione fissata e nota,

indipendente dalla corrente che si scarica a terra attraverso

l’arco. La tendenza è quella di realizzare gli scaricatori con un

solo elemento non lineare (ad es., in ossido di zinco). Gli

scaricatori, ovviamente, vanno installati il più vicino possibile

alle apparecchiatura da proteggere.

124


I RELÉ

Il termine (adattamento fonetico dal francese “relais”)

indicava, originariamente, un dispositivo, con funzioni sia di

protezione che di manovra, costituito, in sostanza, da un

elettromagnete. In tale relè elettromagnetico, eccitato da una

opportuna corrente di comando ic, la forza di attrazione

sviluppata vince la resistenza di una molla antagonista M e

sposta una ancora A mobile capace di operare un

azionamento meccanico, ad esempio, per aprire o chiudere i

contatti C.

125


I RELÉ

126


I RELÉ

Nella accezione attuale il relé designa una gamma molto ampia

di dispositivi, anche estremamente complessi, ai quali viene

asservita una molteplicità di dispositivi di comando o di

segnalazione, in funzione dell’andamento di una o più

grandezze caratteristiche dei circuiti. In relazione alla

grandezza alla quale sono sensibili, i relè vengono classificati

come voltmetrici, amperometrici, wattmetrici, frequenzimetrici,

a impedenza, termici, tachimetrici, ecc. L’impiego di trasduttori

consente la realizzazione di relè sensibili anche a grandezze

non elettriche, quali pressione, posizione, ecc.

127


I RELÉ

Versatili ed affidabili circuiti elettronici costituiscono la struttura

di base di dispositivo funzionalmente classificabili come relé

statici per la mancanza di parti in movimento: l’apertura o la

chiusura di contatti viene effettuata sfruttando le proprietà di

componenti non lineari come i diodi controllati (SCR) o i

transistors.

.

128


I RELÉ

Una ulteriore suddivisione fa riferimento al valore della

grandezza controllata:

− relé di massima sono quelli che intervengono quando una

certa grandezza supera un valore prefissato;

− i relé di minima intervengono quando la grandezza da

controllare scende al di sotto di una soglia determinata;

− i relé differenziali sono sensibili alla differenza fra due

grandezze, ad esempio tra quella di ingresso e quella di uscita

da un certo dispositivo.

129


I RELÉ

I relè possono essere dotati di un blocco, che rende stabile la

posizione di un contatto, indipendente dalla modifica della

condizione di eccitazione: un ripristino eventuale della

condizione precedente del contatto prevede un riarmo

manuale. Il relè si dice a scatto istantaneo se il suo tempo di

intervento è limitato solo dall’inerzia delle masse in gioco; in

molti casi è, tuttavia, desiderabile far ricorso a un relé a scatto

ritardato che esplica la sua azione dopo un certo ritardo,

eventualmente programmabile.

130


RELÉ AMPEROMETRICO

131


RELÉ VOLTMETRICO

132


RELÉ TERMICO

La corrente I fluisce nella lamina bimetallica (1) e nel cavo

flessibile (2), e ne provoca il riscaldamento e il progressivo

incurvamento, fino a determinare lo scatto del meccanismo di

sgancio (3)

133


RELÉ MAGNETOTERMICO

Risulta dalla combinazione di un relè termico con un relè

elettromagnetico e sfrutta le caratteristiche di entrambi per

realizzare una più efficace caratteristica di protezione. In

particolare, i due componenti di base vengono calibrati in

modo tale che:

− per correnti non troppo elevate (da circa 3 a circa 15 volte la

corrente nominale del circuito) è previsto l’intervento del relè

termico;

− per correnti superiori interviene il relè elettromagnetico.

134

caratteristica corrente – tempo di un relé magnetotermico

135


RELÉ DIFFERENZIALE

136

L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA

2014

dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014

137

138

BILANCIO ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA – 2014 dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014

139

RICHIESTA ENERGIA ELETTRICA PER AREE TERRITORIALI 2014

140

L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA 2014

I dati definitivi sul bilancio elettrico del 2014 fanno registrare

una riduzione del fabbisogno del 2,5% sul 2013. Il totale

dell’energia richiesta in Italia è stato pari a 310,5 miliardi di

kilowattora.

Consumi: si registra una riduzione complessiva dei consumi

del 2,1%: l’industria scende dell’1,9%, il domestico del 4,1%,

il terziario dello 0,8% e l’agricoltura del 5,4%.


141


Produzione: aumenta il contributo delle rinnovabili sul

fabbisogno pari al 38,9% (era il 35,1% nel 2013). La

produzione lorda di energia elettrica da fonti rinnovabili

aumenta del 7,7% raggiungendo i 120,7 miliardi di kWh.

Continua l’incremento della produzione fotovoltaica (+3,3%)

e si registra un forte incremento sia della produzione

idroelettrica rinnovabile (+10,9%) sia delle bioenergie

(+9,6%). Si conferma il primato del gas naturale, con una

quota del 54,5% della produzione termoelettrica.


142


Centrali elettriche: la potenza complessiva risulta in calo del

2,2% rispetto al 2013; tale decremento è dovuto al parco

termoelettrico per il quale si registrano 3.446 MW in meno

rispetto al 2013 (-4,6%), continua invece l’incremento del

fotovoltaico, circa il 2,3% in più rispetto al 2013.

Regioni: 12 su 20 in deficit di produzione rispetto al

fabbisogno.


143


Calo complessivo dei consumi (fabbisogno al netto delle

perdite di rete) del 2,1%. [1/2]

La distribuzione dei consumi di energia elettrica per settore

economico mostra una dinamica negativa dei consumi

dell'Industria, -1,9% sul 2013, registrando comunque una

flessione minore rispetto al biennio precedente (tra il 2012 e

il 2013 il calo è stato del 4,5%). Il settore industriale, con un

consumo di 122,5 miliardi di kWh, ha rappresentato nel 2014

il 42,1% del totale dei consumi (42,0% nel 2013).


144


Calo complessivo dei consumi (fabbisogno al netto delle

perdite di rete) del 2,1%. [2/2]

Si registra un decremento del 4,1% anche nel settore

Domestico e del 5,4% nel settore dell’Agricoltura; inoltre è

stata registrata una variazione negativa rispetto al 2013 per i

consumi del Terziario, seppur minore rispetto a quella

registrata nel biennio precedente: questi nel 2014 risultano

pari a 99,0 miliardi di kWh (-0,8% rispetto al 2013).


145


PRODUZIONE [1/3]

Crescono le rinnovabili (+7,7%), si conferma il primato del gas

naturale nella produzione termica (54,5%). Nuovo record

storico per la produzione lorda da fonte idroelettrica che tocca i

60,3 miliardi di kWh.

Nel 2014, la richiesta di energia elettrica è stata soddisfatta per

l’85,9% da produzione nazionale, per un valore pari a 266,8

miliardi di kWh, con una riduzione del 3,4% rispetto al 2013. La

restante quota del fabbisogno è stata coperta dalle

importazioni nette dall’estero, per un valore pari a 43,7 miliardi

di kWh, 3,7% in più rispetto all’anno precedente.

146


PRODUZIONE [2/3]

Per quanto riguarda, in particolare, la produzione nazionale,

nel 2014 si registra un incremento delle fonti rinnovabili

(idrica, eolica, fotovoltaica, geotermica e bioenergie) sul

consumo interno lordo di energia elettrica del 7,7%. La

produzione eolica lorda ha raggiunto i 15,2 miliardi di kWh

(+1,9%), la produzione fotovoltaica lorda ha raggiunto i 22,3

miliardi di kWh (+3,3%), la produzione lorda da bioenergie ha

raggiunto i 18,7 miliardi di kWh (+9,6%).


147


PRODUZIONE [3/3]

Le produzioni da fonte idrica e termica, che rappresentano

rispettivamente il 22,1% ed il 62,1% della produzione netta

nazionale, sono risultate, rispetto all’anno precedente, in crescita

(+10,2%) per quanto riguarda l’idroelettrico e in flessione (-8,9%)

per quanto riguarda il termoelettrico.

Tra i combustibili impiegati per la produzione termoelettrica, si

conferma il primato del gas naturale: ammonta a 91,1 miliardi

di kWh la quantità di energia elettrica prodotta con gas

naturale, pari al 54,5% della produzione termoelettrica

complessiva (in calo del 14,1% rispetto al 2013). Segue il

carbone con una quota pari al 22,8% (39,4 miliardi di kWh, in

flessione di un 3,4% rispetto al 2013).

148

ANDAMENTO DEL MIX PRODUTTIVO IN ITALIA

149

150

COMPOSIZIONE % DELL’OFFERTA (inizio 2015)

151


POTENZA [1/2]

La potenza risulta in calo rispetto al 2013, con una riduzione di

2.753 MW (-2,2%)

In termini di potenza installata, nel 2014 la potenza efficiente

netta di generazione è risultata pari a 121.762 MW (-2,2%

rispetto al 2013), con un decremento di 2.753 MW. Il

calo è dovuto alle dismissioni avute nel termoelettrico per

3.446 MW (-4,6% rispetto al totale del parco termoelettrico

2013); viceversa si è riscontrato un incremento nel settore

fotovoltaico, ove risultano 424 MW in più, con una crescita

del 2,3% rispetto al 2013.

152


POTENZA [2/2]

Il numero degli impianti e la potenza relativi al settore

fotovoltaico sono stati oggetto di lavoro congiunto di

allineamento tra i dati anagrafici presenti nel sistema GAUDI’,

gestito da Terna, e gli archivi utilizzati dal GSE.

Picco di domanda: 51.550 MW

La punta massima di domanda del 2014 si è registrata il 12

giugno alle ore 12, quando il carico toccò quota 51.550 MW, -

4,4% rispetto alla punta del 2013 (53.942 MW) e inferiore al

record assoluto di 56.822 MW raggiunto il 12 dicembre 2007.


153

IL PREZZO UNICO NAZIONALE MEDIO

NEL TRIENNIO 2013-2015

154

IL COSTO

DELL’ENERGIA

ELETTRICA E DEL

GAS IN EUROPA

155

PREZZI ENERGIA ELETTRICA PER I CONSUMATORI DOMESTICI

[c€/kWh, al netto e al lordo delle imposte]

156

IL COSTO DELL’ENERGIA ELETTRICA IN EUROPA

NEL 2013 PER LE INDUSTRIE

157

IL COSTO DEL GAS PER LE FAMIGLIE IN EUROPA

158

CONDIZIONI ECONOMICHE DI FORNITURA PER UNA FAMIGLIA CON 3 KW

DI POTENZA IMPEGNATA E 2700 kWh DI CONSUMI ANNUI

EFFETTI BIOLOGICI 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:

● Tetanizzazione dei muscoli: i muscoli (anche quelli che

presiedono alla 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 prodotte risultano

particolarmente dannose in quanto interessano anche i

tessuti interni del corpo

CURVA DI SICUREZZA CORRENTE-TEMPO

curva di

pericolosità della

corrente elettrica

in regime di

corrente alternata

con una

frequenza

compresa tra 15

e 100 Hz.

CURVA DI SICUREZZA CORRENTE-TEMPO

● Se la corrente (valore efficace) è inferiore alla soglia di

percezione (0.5 mA) il fenomeno non viene percepito

● Se la corrente è inferiore alla soglia di tetanizzazione (10

mA) la persona riesce a sottrarsi volontariamente al

contatto senza conseguenze.

● Se la corrente supera la soglia di tetanizzazione il contatto

deve essere interrotto da un dispositivo esterno prima di

un tempo limite, individuato dalla curva di sicurezza,

affinchè la persona non abbia conseguenze.

CURVA DI SICUREZZA TENSIONE-TEMPO

Dalla curva di sicurezza

corrente-tempo, tenendo

conto dei possibili valori della

resistenza del corpo umano e

della sua resistenza verso

terra, le norme ricavano la

curva di sicurezza tensione–

tempo.

Curva di sicurezza tensione-tempo per

impianti di categoria 1 (CEI 64-8)0.01

0.1

1

10

20 50 100 200

Tensione [V]

t [s]

CURVA DI SICUREZZA TENSIONE-TEMPO

● Se la tensione è inferiore ad un valore limite (50 V in ambiente

al chiuso con una valore di resistenza verso terra di 1000 ) il

contatto può permanere per un tempo infinito senza

conseguenze.

● Se la tensione è superiore al valore limite, la sicurezza viene

raggiunta solo se l’impianto è in grado di interrompere il contatto

prima del tempo limite definito dalla curva di sicurezza.

● Il valore di tensione da utilizzare è il valore di tensione di

contatto a vuoto (calcolato supponendo nulla la corrente sulla

persona)

SICUREZZA ELETTRICA NEGLI IMPIANTI DI

DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA IN BT

● La distribuzione della energia elettrica in BT viene fatta

mediante linee elettriche trifase (Vc = 380 V) col filo neutro

collegato 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

rispetto al terreno, ma va in tensione quando si rompe

l’isolamento principale.

SICUREZZA ELETTRICA NEGLI IMPIANTI DI

DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA IN BT

● Il contatto di una persona con un conduttore in tensione, con

conseguente elettrocuzione, può avvenire con una massa, in

presenza della rottura dell’isolamento principale (contatto

indiretto), o direttamente con i conduttori attivi (contatto

diretto).

● Per la pericolosità non c’è alcuna differenza!

1

2

3

n

ig

1

2

3

n

ig

PROTEZIONE DAI CONTATTI INDIRETTI

La protezione dai contatti indiretti, secondo la norma CEI 64-8,

si realizza mediante:

123n

ig iTig

iP

relè

differen

ziale

● Installazione di un interruttore differenziale con corrente di

intervento differenziale non superiore a 30 mA.

● Collegamento a terra di tutte le masse del sistema.

● Coordinamento dei valori della resistenza di terra e della

corrente di intervento differenziale dell’interruttore.

ig

+

- iP

RP

RP

T

RT

RN

iT

3

cVRP = resistenza della persona

RPT = resistenza di terra della

persona

RN = resistenza di terra del neutro

● RP ed RPT dipendono dalla

persona

COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI

Affinché sia garantita la sicurezza, dalla curva di

sicurezza tensione-tempo, supponendo un

tempo di contatto infinito deve essere:

VC tensione di contatto (valore

efficace)

VC0 tensione di contatto a vuoto =

tensione di contatto quando la

corrente ip è nulla (Rp = ):

Per ogni valore delle

resistenze RP e RTP risulta:

LC UV 0

Ng II DSe la corrente di guasto è inferiore alla

corrente di intervento differenziale

dell’interruttore:

gTC IRV 0

ig

+

-iP

RP

RPT

RT

RN

iT

3

cVvC

+

-

Il TERRENO

Nello studio del funzionamento degli impianti elettrici è

indispensabile considerare la presenza del terreno.

Il terreno si comporta come un “conduttore” in grado di assorbire

o cedere qualsiasi quantità di carica senza modificare il suo

potenziale.

1 10 100 1000 10000 m

acqua di mare

acqua di fiume

argille

argille con sabbia

sabbia

terreno ghiaioso

rocce compatte

Valori indicativi della resistività elettrica di alcuni tipi di terreno

La presenza del terreno modifica il

percorso delle linee di campo

elettrico sotto una linea aerea+

La presenza del terreno permette il

passaggio della corrente elettrica tra

due dispersori di terra

I

A B

RA RB

I

A BT

Il nodo T rappresenta un punto nel terreno

posto ad infinita distanza da tutti i dispersori di

terra dove il potenziale elettrico assume

sempre il valore zero qualunque sia la corrente

I che circola nei dispersori.

EFFETI DEL TERRENO

Si consideri un dispersore emisferico di raggio R0 che

disperda in un terreno omogeneo, di conducibilità s,

una corrente I. La legge di variazione del potenziale

elettrico è:

Il potenziale elettrico è massimo in corrispondenza

della superficie del dispersore e si annulla

asintoticamente all’infinito. La resistenza di terra RB

del dispersore assume quindi il valore:

CALCOLO DELLA RESISTENZA DI TERRA

r

r1

2s

IV

B

rR0

I

RB

I

B

T

02 R

IRB

s

Per realizzare valori piccoli della resistenza di terra è molto importante

disporre attorno al dispersore un terreno avente una buona conducibilità

elettrica

171

PRODUZIONE, TRASMISSIONE, UTILIZZAZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA

CORSO DI AGGIORNAMENTO PER EROGAZIONE DI 4 C.F.P.

Roma, 16 Aprile 2016

a cura di Ezio Santini

GRAZIE PER

L’ATTENZIONE

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PRODUZIONE, TRASMISSIONE, UTILIZZAZIONE …intema.pro/contenuti/corsi/materialedidattico/ProduzioneTras... · scopre che la corrente elettrica può essere generata da variazioni di