apparecchi di manovra e protezione

PRODUZIONE,
TRASMISSIONE,
UTILIZZAZIONE
DELL’ENERGIA ELETTRICA
CORSO DI AGGIORNAMENTO
PER EROGAZIONE DI 4 C.F.P.
1
Roma, 23 Aprile 2016
a cura di Ezio Santini
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.
2
1800 – Alessandro Volta inventa la pila.
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
3
"Rocchetto
di Ruhmkorff ". Si tratta di un trasformatore, ormai
di valore oggi soltanto storico, che permette di ottenere elevate
differenze di potenziale.
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
4
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 5– 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.
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
della6 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.
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 7- John Ambrose Fleming inventa il diodo, la prima valvola
termoionica a due elettrodi. Si iniziano a vedere le prime
avvisaglie dell’elettronica.
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.
8
L’ENERGIA ELETTRICA - 2
● 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 - 3
● 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.
L’ENERGIA ELETTRICA - 4
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
11
centrali elettriche è dovuta agli alternatori.
I DIVERSI TIPI DI CENTRALE
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
12
I DIVERSI TIPI DI CENTRALE
Centrale idroelettrica
Centrale termoelettrica convenzionale
Centrale a ciclo combinato
Centrale nucleare
I DIVERSI TIPI DI CENTRALE
Centrale geotermica
Centrale solare
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
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
16
d’acqua immagazzinata in opportuni bacini (naturali
o artificiali); di solito funzionano con piccole portate e con
elevati salti geodetici.
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
17
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
Principali effetti ambientali
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
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
21
fusione
nucleare, di cui però non si è in grado, allo stato attuale
delle conoscenze, di indicare la data del suo utilizzo industriale.
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
22
flessibilmente alle esigenze del consumo.
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.
23
LA CENTRALE TERMOELETTRICA
CONVENZIONALE
Parco carbone
Caldaia
Turbina a vapore
Sistema di controllo
Generatore elettrico
Camino
Ceneri
Elettro-filtri
Trasformatore
De-Solforatori
(CENTRALE A CARBONE)
LA CENTRALE TERMOELETTRICA
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.
LA CENTRALE TERMOELETTRICA
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).
LA CENTRALE TERMOELETTRICA
CONVENZIONALE: IMPATTO AMBIENTALE
Principali effetti ambientali
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
La centrale a ciclo combinato
LA CENTRALE A CICLO COMBINATO
Condensatore
Caldaia a
recupero
Sistemi di
Controllo
Turbina a Gas
Generatore
Turbina a Vapore
La centrale a ciclo combinato
LA CENTRALE A CICLO COMBINATO
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 23 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
LA CENTRALE NUCLEARE
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 NUCLEARE
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
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.
38
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.
39
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
rinnovabile
Aspetti 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
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
42
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
Fonte: RSE View - Energia Elettrica, anatomia dei costi - 2014
IL FOTOVOLTAICO
Fonte: RSE View - Energia Elettrica, anatomia dei costi - 2014
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).
46
ENERGIA DALLE MAREE
(TIDAL CURRENT ENERGY)
TIPOLOGIE DI IMPIANTI DI SFRUTTAMENTO
• 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)
CENTRALI MAREMOTRICI
- 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 CHE SFRUTTANO
LE CORRENTI SOTTOMARINE
• Una ulteriore tipologia di centrali è basata sullo
sfruttamento
delle
correnti
sottomarine,
che
opportunamente incanalate possono generare corrente
elettrica tramite delle turbine.
• Si chiamano “turbine da marea” ed i loro rotori sono spinti
dalle correnti marine invece che dal vento.
• La principale differenza rispetto al vento è che le turbine a
correnti marine sono più piccole a parità di potenza, ( la
densità dell’acqua è 800 volte quella dell’aria ) , non
hanno un impatto ambientale perché sono quasi
completamente sommerse, non fanno rumore e non
danneggiano fauna e flora.
COGENERAZIONE
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:
VALUTAZIONE DEL RISPARMIO
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)
Ec
IRE  1 
Ee
Etciv
Etind


es  p ts , civ ts , ind
COGENERAZIONE:
VALUTAZIONE DEL RISPARMIO
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:
Et
LT 
Ee  Et
TRIGENERAZIONE
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.
LE CENTRALI ELETTRICHE: IMPATTO AMBIENTALE
Impatto Ambientale
Tipologia
Combustibile
Termoelettrico
Carbone
Olio combustibile
Gas naturale
Biomasse
Idrogeno
Idroelettrico
Nucleare da fissione Uranio
Eolico
Solare
Geotermico
(*): SOx, NOx, CO, Particolato
(**): Ceneri, Scorie, Reflui
Fonte
Fonte non
rinnovabile rinnovabile
X
X
X
X
Fonte
primaria
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Derivato
X
X
X
X
X
X
Produzione
Produzione Inquinanti
CO2
gassosi (*)
XXX
XX
X
XX
XXX
XX
X
XX
X
Produzione
altri
inquinanti (**) Rumore
XX
XX
X
XX
XX
X
XX
X
XX
XX
XXX
X
Impatto
visivo
XXX
XXX
X
X
X
XXX
XX
XXX
XXX
XX
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
55
in ordinate la potenza richiesta ed in ascisse il tempo, l’area del
diagramma di carico rappresenta l’energia giornaliera richiesta.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE
56
Esempio di diagramma di carico giornaliero. PB potenza base;
A punte di carico, B base del carico, C eccedenze.
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
57
essere utilizzata il giorno dopo per coprire le punte del carico.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 3
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;
58
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 4
− 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
59
continuo, anche se non sempre alla stessa potenza.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 5
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,
dove60 si fa riferimento ad un unico generatore e si adotta la
schematizzazione unifilare per la rappresentazione
dei conduttori.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 6
61
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 7
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
62
trasformazione (C). Le stazioni S1 ed S2 sono dette primarie,
le S3 secondarie.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 8
− 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
63 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.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 9
- 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
64
V oppure una tensione fase – neutro di 230 V.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 10
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
flussi65 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’importexport energetico.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 11
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
flussi66 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’importexport energetico.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 12
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
67
mediante
i trasformatori. Tali valori sono in generale funzione
della potenza da trasmettere e della distanza.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 13
68
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 14
- 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);
69
− 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.
IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE - 15
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.
70
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);
71
- corrente alternata trifase a frequenza industriale.
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];
72
− parità
della potenza dissipata sulla linea Dp [W];
− parità di conduttore (quindi stesso peso specifico g e stessa
resistività r).
CONFRONTO TRA AC E DC - 3
CONFRONTO TRA AC E DC - 4
In continua, quindi, il peso dei conduttori è dato da:
74
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:
75
CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA
E CORRENTE CONTINUA
CORRENTE ALTERNATA TRIFASE
Poiché i conduttori sono tre, si ha:
76
CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA
E CORRENTE CONTINUA
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;
77
− per valori di cos j = 0.866 i due pesi sono uguali.
CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA
E CORRENTE CONTINUA
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);
78
CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA
E CORRENTE CONTINUA
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
79
importanti per le linee lunghe ad altissima tensione;
CONFRONTO TRA CORRENTE ALTERNATA
E CORRENTE CONTINUA
− 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,
80
Inghilterra - Francia, fiordi norvegesi).
LE LINEE ELETTRICHE
Le 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
81
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
LE LINEE ELETTRICHE
83
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
84
acciaio zincato o Alumoweld, conduttore con anima in acciaio e
strato esterno in alluminio.
LE LINEE ELETTRICHE
85
LE LINEE ELETTRICHE
Condizioni 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
86
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.
LE LINEE ELETTRICHE
L’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
87
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).
LE LINEE ELETTRICHE
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
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
89
catena
viene assemblata agganciando un perno entro
l’alloggiamento di una cappa, fino a raggiungere una
lunghezza complessiva dipendente dalle specifiche necessità
di isolamento-
SOVRATENSIONI
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.
90
SOVRATENSIONI
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
91
di esercizio maggiore.
SOVRATENSIONI
Le 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
92
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.
SOVRACORRENTI
Un SOVRACCARICO è la causa più frequente di sovracorrente, 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 funzionamento di alcuni dispositivi: un esempio tipico è costituito dalle
elevate correnti di spunto dei motori asincroni in fase di avviamento, 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 frequente93
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.
SOVRACORRENTI
Una 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
94
definitivamente);
3) il tempo di intervento deve essere inversamente
proporzionale all’entità del sovraccarico.
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.
95
SOVRACORRENTI
Le 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
96
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.
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.
97
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
98
avvolgimenti
delle macchine elettriche.
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,
99
limitandosi
a far riferimento soprattutto alle reti in media e
bassa tensione.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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.
100
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
Interruttori: versione azionata dall’operatore e versione
101
automatica, il cui funzionamento è asservito all’intervento di un
sistema di protezione (con sensori, relè o altro).
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
quali102possono permanere in assenza di azioni
di comando esterne.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
103
permanere
in assenza di azioni di comando esterne.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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.
104
Affinché questo avvenga si devono adottare determinati
accorgimenti, consistenti in:
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
− 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.
105
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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,
106 3000 per la c.c. e 220, 380, 660,
2400,
3000, 6000, 10000 per la c.a..
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
− 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
107
operative,
usualmente normalizzate, quali, ad esempio, la
prova di tenuta ad impulso per la simulazione della
fulminazione.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
− 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
108 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..
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
− 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.
109
La necessità
di far fronte a sollecitazioni meccaniche e
termiche anche molto gravose rende, in conclusione, gli
interruttori molto ingombranti, pesanti e costosi.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
110
costo sensibilmente inferiore.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
111
continua);
in versione speciale sotto vuoto sono anche usati
nell’ambito delle reti a MT.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
112
coltello,
sono generalmente visibili e forniscono, in tal
modo, una sorta di assicurazione visiva sullo stato di
apertura della linea.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
I SEZIONATORI
Sezionatori 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
113
interrompe la continuità ohmica dei conduttori C. Entrambi i
blocchi superiori sono supportati da isolatori I il cui dimensionamento va riferito alla tensione fra i morsetti a circuito aperto.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
I SEZIONATORI
114
Sezionatori a doppia interruzione: la rotazione della lama
produce, come è evidente, una duplice interruzione per ogni
linea.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
115
ripristino
della continuità invece si richiudono prima i sezionatori
e poi l’interruttore.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
I SEZIONATORI
116
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
117
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.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
I FUSIBILI
La forma del fusibile; a) l simbolo del fusibile,; b) il fusibile con
118
indicazione
dell’estremo che rimane in tensione dopo
l’intervento.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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.
− La119TENSIONE NOMINALE è quella alla quale sono riferite
le prestazioni del fusibile: deve essere non inferiore a quella di
esercizio normale della linea da proteggere.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
120
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).
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
121
dal valore della tensione per la quale si desidera che avvenga
l’innesco dell’arco.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
GLI SPINTEROMETRI
122
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
123
solo elemento non lineare (ad es., in ossido di zinco). Gli
scaricatori, ovviamente, vanno installati il più vicino possibile
alle apparecchiatura da proteggere.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
124
contatti C.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
I RELÉ
125
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
126
consente la realizzazione di relè sensibili anche a grandezze
non elettriche, quali pressione, posizione, ecc.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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.
.
127
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
128
grandezze, ad esempio tra quella di ingresso e quella di uscita
da un certo dispositivo.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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,
129
eventualmente programmabile.
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
RELÉ AMPEROMETRICO
130
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
RELÉ VOLTMETRICO
131
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
RELÉ TERMICO
La 132
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)
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
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
133
termico;
− per correnti superiori interviene il relè elettromagnetico.
134
caratteristica corrente – tempo di un relé magnetotermico
APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE
RELÉ DIFFERENZIALE
135
L’ENERGIA ELETTRICA IN
ITALIA
2014
136
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
137
BILANCIO ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA – 2014
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
138
RICHIESTA ENERGIA ELETTRICA PER AREE TERRITORIALI 2014
139
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%.
140
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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
141
quota
del 54,5% della produzione termoelettrica.
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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.
142
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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
143
consumo
di 122,5 miliardi di kWh, ha rappresentato nel 2014
il 42,1% del totale dei consumi (42,0% nel 2013).
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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
pari144a 99,0 miliardi di kWh (-0,8% rispetto al 2013).
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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
145
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.
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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%).
146
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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
147
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).
ANDAMENTO DEL MIX PRODUTTIVO IN ITALIA
148
149
COMPOSIZIONE % DELL’OFFERTA (inizio 2015)
150
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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
151
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.
L’ENERGIA ELETTRICA IN ITALIA
2014
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, 152
4,4% rispetto alla punta del 2013 (53.942 MW) e inferiore al
record assoluto di 56.822 MW raggiunto il 12 dicembre 2007.
dati: TERNA spa – bilancio di sintesi 2014
IL PREZZO UNICO NAZIONALE MEDIO
NEL TRIENNIO 2013-2015
153
IL COSTO
DELL’ENERGIA
ELETTRICA E DEL
GAS IN EUROPA
154
PREZZI ENERGIA ELETTRICA PER I
CONSUMATORI DOMESTICI
[c€/kWh, al netto e al lordo delle imposte]
155
IL COSTO DELL’ENERGIA ELETTRICA IN EUROPA
NEL 2013 PER LE INDUSTRIE
156
IL COSTO DEL GAS PER LE FAMIGLIE IN EUROPA
157
CONDIZIONI ECONOMICHE DI FORNITURA PER UNA FAMIGLIA CON 3 KW
DI POTENZA IMPEGNATA E 2700 kWh DI CONSUMI ANNUI
158
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
10
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.
1
t [s]
0.1
0.01
20
50
100
Tensione [V]
200
Curva di sicurezza tensione-tempo per
impianti di categoria 1 (CEI 64-8)
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 IN1BT
1
2
3
n
ig
2
3
n
ig
● 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!
PROTEZIONE DAI CONTATTI INDIRETTI
1
2
3
n
relè
differen
ziale
ig
ig
iT
ig
RP = resistenza della persona
RPT = resistenza di terra della
persona
RN = resistenza di terra del neutro
● RP ed RPT dipendono dalla
persona
Vc
3
R
N
+
-
R
R
T
iT
P
iP
RP
T
iP
La protezione dai contatti indiretti, secondo la norma CEI 64-8,
si realizza mediante:
● 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.
COORDINAMENTO DELLE PROTEZIONI
ig
+
Vc
3
+
-
RT
iT
RN
RP
vC
iP
-
VC tensione di contatto (valore
efficace)
VC0 tensione di contatto a vuoto =
tensione di contatto quando la
corrente ip è nulla (Rp = ):
VC 0 RT Ig
RPT
Per ogni valore delle
resistenze RP e RTP risulta:
Se la corrente di guasto è inferiore alla
corrente di intervento differenziale
dell’interruttore:
Affinché sia garantita la sicurezza, dalla curva di
sicurezza tensione-tempo, supponendo un
tempo di contatto infinito deve essere:
Ig  I DN
VC 0  UL
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 fiume
acqua di mare
argille
argille con
sabbia
sabbia
terreno
ghiaioso
rocce compatte
Valori indicativi della resistività elettrica di alcuni tipi di terreno
EFFETI DEL 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
I
T
A
RA
B
RB
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.
CALCOLO DELLA RESISTENZA DI TERRA
B
R0
I
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:
r
I 1
V r  
2s r
B
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:
RB
T
I
I
RB 
2sR0
Per realizzare valori piccoli della resistenza di terra è molto importante
disporre attorno al dispersore un terreno avente una buona conducibilità
elettrica
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
171
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE