Genio 1

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