CENNI DI IMPIANTI ELETTRICI

ELETTROTECNICA
Laurea Ing. Aerospaziale - 1° livello
CENNI DI IMPIANTI
ELETTRICI
Prof. M.S. Sarto
CENTRALI DI PRODUZIONE
DELL’ENERGIA ELETTRICA
•
•
•
•
•
•
IDROELETTRICHE
TERMOELETTRICHE
TERMONUCLEARI
GEOTERMOELETTRICHE
EOLICHE
SOLARI
CENTRALI IDROELETTRICHE
TURBINA
RISORSA
CARATTERISTICA
Kaplan
Acqua fluente
Bassa velocità
(p elevato)
Francis
Bacino idroelettrico
(bassa caduta)
Media velocità
Pelton
Bacino idroelettrico
(alta caduta)
Alta velocità
(p=1,2)
CLASSIFICAZIONE DEGLI
IMPIANTI ELETTRICI
CATEGORIA
LIVELLO TENSIONE A.C.
LIVELLO TENSIONE D.C.
0
BT:
BT:
1
BT:
50 V  Vn  1000 V
MT:
1 kV  Vn  30 kV
AT:
Vn  30 kV
(AAT:
Vn  50 kV)
2
3
Vn  50 V
Vn  120 V
BT:
120 V  Vn  1500 V
MT:
1.5 kV  Vn  30 kV
AT:
Vn  30 kV
(AAT:
Vn  50 kV)
SCHEMA DI IMPIANTO
ELETTRICO
MT
MT
G
Generazione
in MT
(10-15 kV)
MT/AT
AT/MT
AT
Trasmissione
in AT
(220-380 kV)
Distribuzione in
AT (50-150 kV)
o MT
MT/BT
MT/BT
BT
BT
Utilizzazione in
MT o BT
SOVRATENSIONI
• CAUSE INTERNE
– Manovre sugli impianti (apertura o
chiusura di interruttori)
– Improvvisa riduzione del carico
– Risonanze
– Contatti accidentali con altro impianto in
esercizio a tensione maggiore
• CAUSE ESTERNE
– Fenomeni di origine atmosferica
(fulminazione diretta o indiretta)
i(t)
IM

it   I 0 exp  t Te   exp  t T f
0.9 IM
0.5 IM
Tf = 0.5 – 1.5 s
Te = 50-100 s
0.1 IM
Tf
I0 = 10-200 kA
Te
time [s]

Il fulmine
FULMINE DISCENDENTE
(polarità negativa)
leader
Return
stroke
FULMINE ASCENDENTE
(polarità negativa)
leader
Return
stroke
IM : corrente di picco
(di/dt)M : tangente massima
Tf : tempo di salita all’emivalore

Te

I M  I 0 exp  tˆ Te   exp  tˆ T f 
: tempo
 di 
     a  I 0
 dt  M
ˆt     1 ln   
 
 
Negative (descending)
Positive
First stroke
Following strokes
(ascending)
IM [kA]
34
13.4
43
Tf [s]
8.5
1.2
33
Te [s]
73
31
300
(di/dt)M [kA/s]
14
39
2.6
SOVRACORRENTI
• SOVRACCARIC0
– Superamento dei valori di corrente per i quali
una linea o un’apparecchiatura sono
dimensionate (In) (e.g. Spunto dei motori
asincroni in fase di avviamento)
• CORTO CIRCUITO
– Contatto tra due elementi dell’impiantonon
equipotenziali. Le correnti di cto cto possono
essere molto elevate in quanto limitate solo
dall’impedenza a monte del guasto.
APPARECCHI DI MANOVRA E
INTERRUZIONE
• INTERRUTTORI
– Manuali
x
– Automatici
x
Apertura e chiusura di una linea sottocarico anche in
condizioni di corto circuito
PARAMETRI CARATTERISTICI
• TENSIONE NOMINALE DI ESERCIZIO (Ve):
tensione alla quale sono riferite le prestazioni
dell’apparecchio (apertura/chiusura)
• TENSIONE NOMINALE DI ISOLAMENTO (Vi):
tensione alla quale è garantito l’isolamento
dell’apparecchio
• CORRENTE NOMINALE (In): corrente che
l’interruttore può condurre a regime. Assume
valori diversi con riferimento a servizio continuo o
discontinuo.
• POTERE NOMINALE DI INTERRUZIONE (Iin):
corrente di corto circuito che l’interruttore può
interrompere ad una tensione superiore non oltre il
10% di Ve.
• POTERE NOMINALE DI CHIUSURA SU CORTO
CIRCUITO (Icn): corrente di corto circuito sulla
quale l’interruttore può essere chiuso ad una
tensione superiore non oltre il 10% di Ve.
• CONTATTORI
– Manuali
– Automatici
Interruzione delle sole correnti di normale esercizio
• SEZIONATORI
– Manuali
– Automatici
Interruzione della continuità elettrica in linee a vuoto
(I=0)
N.B. Nella fase di interruzione del circuito si apre
prima l’interruttore e poi il sezionatore.
• FUSIBILI
Dispositivo di protezione dalle sovracorrenti:
interrompe correnti di corto circuito elevate.
T [s]
Zona di intervento
In : corrente
nominale
Inf : corrente
massima di sicura
non fusione
If : corrente
minima di sicura
fusione
Campo di
integrità
Icc : corrente di
corto circuito
In Inf If
Icc
I [A]
DISPOSITIVI DI PROTEZIONE
DA SOVRATENSIONI
Caratterististica tensione-corrente non lineare:
• alta impedenza rispetto a terra durante le
condizioni normali di funzionamento
• corto circuito a terra in presenza di una
sovratensione
v(t)
Condizione normale di funzionamento:
v(t)
Circuito aperto – impedenza
molto elevata
In presenza di sovratensione:
v(t)
Corto circuito – impedenza
molto bassa
Spinterometri
Scaricatori ad asta
Scaricatori a gas
(Migliore controllo della
tensione di intervento)
Varistori ad ossido
di metallo
Diodi soppressori
• Alta capacità di assorbimento
dell’energia della sovratensione
• Tensione che decresce
rapidamente dopo l’intervento
• Tensione quasi costante sul
carico in presenza della
sovratensione
• Non possono condurre
correnti elevate
• Tensione costante sul carico
in presenza della
sovratensione
Le caratteristiche diverse di gas arresters, varistori
e diodi soppressori possono essere combinate nella
realizzazione di circuiti di protezione multistadio
~v1
CAP 1
1k 
10 
P6T
vv1 1
~v2
10 
50 V
CAP 1
Vv
33
v2
UC 230
~v 3
15 V
50 
Sovratensione transitoria
Tf = 1 s
[V]
Te = 50 s
VM = 2.1 kV
2500
2000
1500
1000
500
0
0.01
0.1
1
10
time [s]
100
1000
v1
tensione misurata
sul primo stadio
100 V/div
100 ns/div
v3
tensione misurata
sul terzo stadio
5 V/div
100 ns/div
RELE’
• CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA
ALLA QUALE SONO SENSIBILI:
– Voltmetrici
– Amperometrici
– Wattmetrici
– Frequenzimetrici
– Ad impedenza
– Termici
– Tachimetrici
• CLASSIFICAZIONE IN BASE AL PRINCIPIO DI
FUNZIONAMENTO:
– Elettromagnetici
– Elettrodinamici
– Ad induzione
• CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA
DA ANALIZZARE:
– Di massima
– Di minima
– Differenziale
RELE’ MAGNETICO
Tempo
Caratteristica
di intervento
Tin
Is = 8-10 In
Corrente
RELE’ TERMICO
Tempo
Caratteristica
di intervento
5 sec
I 5 sec = 4 In
Corrente
RELE’ MAGNETO-TERMICO
Tempo
Caratteristica
di intervento
Tin
Is = 8-10 In
Corrente
OSSERVAZIONE:
I relè magnetico, termico, magnetotermico
intervengono SEMPRE per corrente SUPERIORE alla
corrente nominale dell’impianto (da 4 ad 8-10 volte).
Ad esempio, in un’utenza domestica con corrente
nominale di 15 A, la corrente di intervento non è
inferiore a 60 A.
La corrente pericolosa per l’uomo è di 50 mA !
RELE’ DIFFERENZIALE
Corrente di intervento molto minore alla corrente
nominale dell’impianto:
IMPIANTI INDUSTRIALI:
I = 300 mA
UTENZE DOMESTICHE:
I = 30 ma
UTENZE PARTICOLARI:
I = 10 ma
SISTEMA DI UTILIZZAZIONE
IN BT: stato nel neutro
MT/BT
BT
Utenze monofasi o trifasi
• Sistema IT
• Sistema TT
• Sistema TN
1° lettera: stato del neutro
del secondario del
trasformatore MT/BT
2° lettera: stato delle
masse delle utenze
IMPIANTI DI TERRA
• Norma CEI 64-8
• Norma CEI 11-8
• Norma CEI 81-1
SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA:
1) Offrire una via di ritorno alle correnti di guasto
diversa da quella offerta dal corpo umano
2) Determinare l’intervento delle protezioni in tempi
opportuni
3) Rendere equipotenziali strutture metalliche
suscettibili di essere toccate contemporaneamente.
COMPONENTI DI UN IMPIANTO
DI TERRA
Conduttore di
protezione
Conduttori equipotenziali
Conduttori di terra
dispersori
Tensione di passo
Tensione che può risultare applicata tra i piedi di una
persona a distanza di un passo durante (1 m) un
cedimento dell’isolamento
Tempo eliminazione del guasto [s] Tensione massima di passo [V]
>2
50
1
70
0.8
80
0.7
85
0.6
125
< 0.5
160