Dimensionamento impianto MB/BT

Prof. Cristanello Stefano
Impianti Elettrici
V° anno ITI
Linee guida per il dimensionamento di un impianto elettrico con cabina
MT/BT
1) Individuazione di tutti i carichi elettrici e suddivisione sui quadri
2) Ubicazione dei quadri elettrici individuati e studio delle linee di collegamento
3) Determinazione della potenza convenzionale per ogni quadro (e quindi della linea di
alimentazione) considerando futuri ampliamenti dell’impianto
4) Rifasamento dell’impianto
5) Dimensionamento delle linee elettriche
6) Scelta del/i trasformatore/i
7) Calcolo delle correnti di corto-circuito al punto di installazione di ogni quadro elettrico
8) Scelta delle apparecchiature per ogni quadro elettrico MT e BT (interruttori, sezionatori,
fusibili, etc.)
ESERCIZIO GUIDA
Dimensionamento di massima di un impianto industriale, composto da due stabilimenti e una
palazzina uffici. Il progetto svilupperà le seguenti parti:
• dimensionamento della cabina MT/BT comprensiva di trasformatori, e quadri di media e
bassa tensione.
• Dimensionamento delle linee elettriche
• Descrizione impianto, schemi unifilari e planimetrici
Dati dell’impianto elettrico
CABINA
MT/BT
Linea MT dell’Ente fornitore
-
Tensione nominale:
Corrente di guasto a terra:
Tempo di intervento:
Potenza di corto circuito:
15 kV
125 A
0,6 s
750 MVA
STABILIMENTO 1
50x40 m
Stabilimento 1
- n° 5 m.a.t. da 2,4 kW
- n° 3 m.a.t. da 4,5 kW
- n° 1 m.a.t. da 10 kW
80x70 m
Stabilimento 2
Potenza attiva convenzionale:
Potenza reattiva convenzionale:
55 kW
30 kVAR
Palazzina uffici
- n° 15 postazioni PC (300W cadauna)
- n° 3 stampanti/fotocopiatrici (400W cadauna)
PALAZZINA
UFFICI
20x20 m
STABILIMENTO 2
40x30 m
Dati comuni (eventualmente scelti in fase di progetto)
Impianto
Impianto
Impianto
Impianto
luce, capannone:
F.M., capannone:
luce, uffici:
F.M., uffici:
10 W/m2
8 W/m2
15 W/m2
10 W/m2
1
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Svolgimento
Determinazione della potenza convenzionale
Stabilimento 1
η
cos(φ)
P [kW] Q [kVAR]
0,8
0,75
10,50
9,26
0,82
0,80
11,52
8,64
0,91
0,85
8,79
5,45
\
0,80
20,00
15,00
\
0,90
16,00
7,75
tot=
0,823
66,82
46,10
Tenendo in considerazione un futuro ampliamento dell'impianto elettrico del 20% la potenza
complessivamente assorbita dallo stabilimento è:
TXT
gruppo 1
gruppo 2
gruppo 3
imp. Luce
imp. F.M.
Pu [kW]
2,4
4,5
10
0,01
0,008
n°
5
3
1
2000
2000
Ku
1
1
0,8
\
\
Kc
0,7
0,7
1
\
\
PT1 = P1—KC—Ka = 66,82—0,95—1,2 = 76,1 kW
QT1 = Q1—KC—Ka = 46,1—0,95—1,2 = 52,4 kW
IT1 = PT1 / (√3—U—cos(fi)) = 133 A
Stabilimento 2
PT2 = P2—KC—Ka = 55—1,2 = 66 kW
QT2 = Q2—KC—Ka = 30—1,2 =36 kW
cos(fi2) = 0,878
IT2 = PT2 / (√3—U—cos(fi)) = 109 A
Palazzina uffici
TXT
PC
stampanti
imp. Luce
imp. F.M.
Pu [kW]
0,3
0,4
0,015
0,01
n°
15
3
400
400
Ku
1
0,3
\
\
Kc
0,8
0,9
\
\
tot:
cos(φ)
0,80
0,80
0,80
0,90
0,829
P [kW]
3,60
0,32
6,00
4,00
13,92
Q [kVAR]
2,70
0,24
4,50
1,94
9,38
Totale impianto
TXT
stabil.1
stabil.2
pal.uff.
cos(φ)
0,824
0,878
0,829
P [kW]
76,1
66,0
13,9
Q [kVAR]
52,4
36,0
9,4
S [kVA]
92,4
75,2
16,8
I [A]
133
109
24
0,847
156
98
184
266
tot:
Schema di massima dell’impianto elettrico
L’impianto sarà composto dai seguenti quadri elettrici:
C1
-
QMT :
QGBT :
QC1 :
QC2 :
QUFF :
quadro
quadro
quadro
quadro
quadro
elettrico
elettrico
elettrico
elettrico
elettrico
di MT
generale di BT
stabilimento 1
stabilimento 2
palazzina uffici
CABINA
MT/BT
QC1
STABILIMENTO 1
50x40 m
Schema unifilare collegamento quadri elettrici:
80x70 m
CU
C2
QC1
QC2
QMT
TR
QGBT
QC2
PALAZZINA
UFFICI
20x20 m
STABILIMENTO 2
40x30 m
QUFF
QUFF
2
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Scelta del trasformatore
Considerando la potenza in gioco ed il far lavorare la macchina al massimo rendimento, si opta per
l’utilizzo di un unico trasformatore da 200 kVA dai seguenti dati nominali:
SN=200 kVA
Pcc=3150 W
Vcc%=6%
P0=680 W
I0%=1,7%
Parametri del trasformatore
I1N=7,7 A
I2N=289 A
Z2cc=48 mΩ [R2cc=12,6 mΩ ; X2cc=46,3 mΩ ; cos(φ)=0,263]
cos(ϕ0)=0,200 ; Q0=3326 VAR ; I20=4,9 A
Impianto di rifasamento
Non sussiste l’obbligo di rifasare l’impianto in quanto il cos(ϕ) risulta essere maggiore di 0,7;
nonostante ciò, l’essere inferiore a 0,9 l’utente è obbligato a pagare una quota di energia
reattiva utilizzata. L’utilizzo o meno di una batteria di condensatori per elevare il cos(ϕ) in
modo da non pagare tale quota viene scelto in base a considerazioni puramente economiche.
Rifasamento dell’impianto
PT = 156 kW
QT = 98+3,3 = 101,3 kVAR
cos(ϕT) = 0,839
Rifasamento a 0,94. Potenza rifasante necessaria:
QC = PT ⋅( tg(ϕT) - tg(ϕT) ) = 44,8 kVAR
In commercio esistono regolatori automatici di potenza reattiva, che monitorando istante
per istante il f.d.p. dell’impianto provvedono a rifasarlo ad un valore fissato. A tal scopo si
commercializza la versione da 50 kVAR da n° 5 gradini (0-12,5-25-37,5-50).
Calcolo dei parametri elettrici della rete MT
'
Z MT
=
V12
= 0,3 Ω
Acc
impedenza rete MT lato MT
''
Z MT
=
V22
= 0,21 mΩ
Acc
impedenza rete MT lato BT
''
''
 RMT
= Z MT
⋅ cos(ϕ ) = 0,032 mΩ
 ''
''
 X MT = Z MT
⋅ sin(ϕ ) = 0,207 mΩ
componenti resistiva e reattiva
Dimensionamento linee elettriche
Le linee che alimentano i quadri elettrici indicati saranno realizzate con cavi tipo FG7OR
0,6/1kV , posati in cavidotti corrugati a doppia parete, interrati ad una profondità di posa di
80 cm. Per ogni tratta si considera una c.d.t. percentuale non superiore al 2%.
Verifica temica
TRATTA
SIGLA IB [A]
QGBT-QC1
C1
133
QGBT-QC2
C2
109
QGBT-QUFF
CU
26
S [mm2]
75
50
10
Iz [A]
189
152
59
K1
1,00
1,00
1,00
K2
0,85
0,85
0,85
K3
1,00
1,00
1,00
K4
1,00
1,00
1,00
Iz' [A]
161
129
50
IB < Iz
OK
OK
OK
Verifica della caduta di tensione
TRATTA
SIGLA IB [A]
QGBT-QC1
C1
133
QGBT-QC2
C2
109
QGBT-QUFF
CU
26
cos(φ)
0,824
0,878
0,827
L [m]
60
100
60
rl [mΩ/m] xl [mΩ/m]
0,267
0,100
0,400
0,100
2,000
0,100
∆V [V] ∆V% ∆V%<2%
3,8
1,0
OK
7,5
1,9
OK
4,6
1,2
OK
3
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Formule utilizzate:
∆V = 3 ⋅ I B ⋅ L ⋅ (rr ⋅ cos(ϕ ) + xl ⋅ sin(ϕ ) )
∆V % =
I Z' = I Z ⋅ k1 ⋅ k 2 ⋅ k3 ⋅ k 4
∆V
100
V
Calcolo delle correnti di corto circuito (guasto trifase)
Q1
I CC
TR
I CC
MT
I CC
QC1
Q2
I CC
QMT
TR
QGBT
QC2
I
UF
CC
QUFF
Impedenza dell’anello di guasto
Z
MT
g
= Z
'
MT
= 0 .3Ω
Z gTR = Z 2 cc ⇒ Z gTR = 48 m Ω
Z gQ 1 = Z 2 cc + Z C 1 ⇒ Z gQ 1 = 60 m Ω
Z gQ 2 = Z 2 cc + Z C 2 ⇒ Z gQ 2 = 77 m Ω
Z
UF
g
= Z 2 cc + Z CU ⇒ Z
UF
g
= 143 m Ω
Correnti di corto circuito trifasi
MT
I CC
E1
= MT
= 29kA
Zg
TR
I CC
=
E1
= 4,8kA
Z gTR
Q1
I CC
=
E1
= 3,9kA
Z gQ1
Q2
I CC
=
E1
= 3,0kA
Z gQ 2
UF
I CC
=
E1
= 1,6kA
Z gUF
Scelta degli interruttori automatici
Ogni interruttore automatico, adibito alla protezione della linea elettrica, deve essere scelto
tenendo in considerazione:
- la corrente di impiego ( IN>IB )
- la corrente di corto circuito massima presunta ( P.d.i. > ICC )
- l’energia passante massima sopportabile dal cavo in regime di guasto ( I2t<K2S2 )
- la tensione nominale del sistema (molto importante in MT)
- il sistema di alimentazione (F+N, 2F, 3F, 3F+N)
- la curva di intervento (curva B, C, D…)
- la corrente minima di cortocircuito ( Imin>Im ) rispetto all’intervento del relè magnetico
4