l`energia elettrica nelle nostre case

NICOLO' CALI' 5A et – A.S. 2014-2015
L’ENERGIA ELETTRICA NELLE NOSTRE CASE
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CHE COS’E’ UN IMPIANTO ELETTRICO?
L’impianto elettrico è l’insieme dei componenti elettrici e/o meccanici utili alla
trasmissione e all’utilizzo dell’energia elettrica.
•
•
•
La loro funzione è quella di
permettere il passaggio di
corrente elettrica.
Un buon conduttore ha un
valore di resistività basso
Il materiale conduttore più
utilizzato è il rame con
Resistività ρ= 0.0178
Elementi fondamentali alla
trasmissione dell’energia elettrica
sono i conduttori
CONDUTTORE DI
PROTEZIONE - PE
Un altro elemento che
caratterizza un cavo elettrico
è il suo materiale isolante,
scelto appositamente in base
alla sua applicazione.
Generalmente in EPR o PVC.
FASE
NEUTRO
NICOLO' CALI' 5A et
2
QUALI SONO I DISPOSITIVI UTILI ALLA PROTEZIONE
DELLA LINEA E QUALI SONO I GUASTI PIÙ COMUNI?
CONDUTTORE DI
PROTEZIONE - PE
FASE
NEUTRO
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L’INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO
Lo stesso dispositivo protegge la linea dal CORTOCIRCUITO e dal
SOVRACCARICO
Interviene aprendo il circuito in caso di superamento di valori di corrente prestabiliti.
Il principale pericolo per la linea elettrica è il calore che per effetto Joule si genera all interno del
conduttore attraversato da corrente
CORTOCIRCUITO
SOVRACCARICO
Situazione di guasto che si crea nel
momento in cui fase e neutro entrano in
contatto tra di loro.
In una situazione di sovraccarico, la
corrente circolante nella linea, è
maggiore della corrente nominale del
cavo stesso.
La sua pericolosità è data dai valori di
corrente che si generano nei conduttori.
Valori elevati che, se non interrotti entro
pochi istanti, danneggiano
irreparabilmente il conduttore
compromettendone l’isolamento e
causando gravi danni.
NICOLO' CALI' 5A et
Ciò, può essere causato da un eccessivo
carico dovuto a più utilizzatori collegati
alla stessa linea.
Intervento meno urgente ma comunque
necessario per non danneggiare la
linea.
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L’INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO
Il suo funzionamento è governato da due distinte parti
circuitali:
• TERMICA
La parte termica è composta da
una lamina bimetallica.
La lamina bimetallica è composta
da due strisce di metalli diversi
saldati tra loro.
Avendo differenti coefficienti di
dilatazione, all’aumentare della
temperatura si ha un'incurvatura
della lamina stessa provocando
l’apertura del circuito.
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L’INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO
Il suo funzionamento è governato da due distinte parti
circuitali:
• MAGNETICA
La parte magnetica è composta da
un solenoide avvolto su una barra
magnetica.
La corrente provocata dal corto
circuito è molto elevata e
istantanea.
Attraversando la bobina, la
corrente genera un campo
magnetico che attira verso di sé
l’ancorina, la quale provoca
l’apertura del circuito.
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L’INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO
Abbiamo visto come proteggere la linea da situazioni di guasto
La pericolosità degli effetti della corrente elettrica sul corpo umano sono ben
noti a tutti.
Ma come ci proteggiamo da eventuali contatti diretti e indiretti?
TRAMITE
L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
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LE SITUAZIONI DI PERICOLO
CONTATTI DIRETTI
Un contatto diretto si ha
quando si viene a contatto
con una parte attiva
dell'impianto, ovvero una
parte normalmente in
tensione, come ad es. un
conduttore, un morsetto o
l'attacco di una lampada.
NICOLO' CALI' 5A et
CONTATTI
INDIRETTI
Un contatto
indiretto
si verifica quando un
individuo viene in
contatto con parti
metalliche che si
trovano in tensione
elettrica.
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L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
CONTATTI DIRETTI
Per proteggere dai contatti
diretti, l’interruttore
differenziale deve essere ad
alta sensibilità, cioè con
corrente differenziale
nominale minore o uguale
a 30 mA, e deve avere
inoltre un tempo di
intervento molto breve, di
pochi millisecondi.
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CONTATTI
INDIRETTI
Per proteggere dai contatti
indiretti, l’interruttore
differenziale deve essere
correttamente correlato
all’impianto di terra.
Se l’isolamento di un utilizzatore
connesso all’impianto elettrico si
guasta, si può creare un
collegamento tra la linea elettrica
e la massa, la quale può diventare
causa di folgorazione se toccata.
Inoltre un guasto simile può
produrre calore per effetto Joule
con un conseguente sviluppo di
incendio.
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L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
Per evitare che l’interruttore differenziale si accorga del guasto solo nel
momento in cui un corpo umano entra in contatto con una massa, compiendo
un ponte fase-terra, è necessario che gli apparecchi con carcassa metallica siano
collegati ad un adeguato impianto di terra.
Il primo collegamento utile alla
sicurezza, viene effettuato
all’interno dell utilizzatore in fase
costruttiva e consiste nel
collegamento elettrico tra la massa
e l’alveolo centrale della spina
elettrica.
Gli unici utilizzatori che non
utilizzano l’impianto di terra
sono quelli di classe 2
riconoscibili dal simbolo
Essendo dispositivi considerati
a rischio presentano un doppio
strato di isolamento dei
conduttori e perciò sono più
sicuri non collegati all’impianto
di terra
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L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
Per evitare che l’interruttore differenziale si accorga del guasto solo nel
momento in cui un corpo umano entra in contatto con una massa, compiendo
un ponte fase-terra, è necessario che gli apparecchi con carcassa metallica siano
collegati ad un adeguato impianto di terra.
In questo modo, in
caso di guasto la
corrente verrà
dispersa verso terra
facendo sì che
l’interruttore
magnetotermico si
accorga della
dispersione.
Collegando
l’utilizzatore
alla presa
elettrica, si
porta quindi al
potenziale del
terreno ogni sua
parte metallica.
In che modo se ne accorge?
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L’INTERRUTTORE DIFFERENZIALE
Per capire il suo funzionamento bisogna analizzarne il metodo costruttivo.
Il principio di funzionamento:
Il principio di funzionamento dell’interruttore
differenziale è basato su una condizione di
equilibrio di flusso magnetico.
E infatti composto da un circuito magnetico su
cui sono avvolti dei solenoidi.
In caso di funzionamento ordinario, si ha una
situazione di equilibrio che annulla
reciprocamente il flusso prodotto.
In caso di squilibrio, il flusso magnetico non è
più nullo ed è sufficiente per attirare l’ancorina
che causa l’apertura del circuito.
Il nome è dato dal suo principio di funzionamento, basato sull’eventuale
rilevazione di differenza di corrente elettrica rilevata tra l’ingresso e
l’uscita in caso di dispersione verso terra.
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L’IMPIANTO DI TERRA
L’impianto di terra è
costituito da:
Dispersore intenzionale o
artificiale (DA), ottenuto
mediante picchetti (puntazze)
Dispersore di fatto o naturale
(DN), costituito da strutture
metalliche interrate come ferri
d’armatura
Conduttore di terra (CT), collega
i dispersori fra loro e al
collettore principale di terra
Collettore principale di terra, è il
nodo principale, realizzato
mediante sbarra o morsettiera,
al quale fanno capo le diverse
parti dell’impianto
Conduttore di protezione (PE),
collega le masse al collettore
principale di terra tramite il PE
montante
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L’IMPIANTO DI TERRA
L’impianto di terra è
costituito da:
Dispersore intenzionale o
artificiale (DA), ottenuto
mediante picchetti (puntazze)
Dispersore di fatto o naturale
(DN), costituito da strutture
metalliche interrate come ferri
d’armatura
Conduttore di terra (CT), collega
i dispersori fra loro e al
collettore principale di terra
Collettore principale di terra, è il
nodo principale, realizzato
mediante sbarra o morsettiera,
al quale fanno capo le diverse
parti dell’impianto
Conduttore di protezione (PE),
collega le masse al collettore
principale di terra tramite il PE
montante
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L’IMPIANTO DI TERRA
L’impianto di terra è
costituito da:
Dispersore intenzionale o
artificiale (DA), ottenuto
mediante picchetti (puntazze)
Dispersore di fatto o naturale
(DN), costituito da strutture
metalliche interrate come ferri
d’armatura
Conduttore di terra (CT), collega
i dispersori fra loro e al
collettore principale di terra
Collettore principale di terra, è il
nodo principale, realizzato
mediante sbarra o morsettiera,
al quale fanno capo le diverse
parti dell’impianto
Conduttore di protezione (PE),
collega le masse al collettore
principale di terra tramite il PE
montante
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Sono ora spiegati i dispositivi che troviamo in
un tipico quadro elettrico in un impianto civile
Interruttori
magnetotermici
Interruttore
differenziale
In questo quadro, possiamo notare tre linee differenti, una linea luce,
e 2 linee prese, relative al primo piano e al secondo piano.
Questo viene effettuato per avere maggiore selettività, così in caso di
guasto avremo solo una linea temporaneamente fuori uso.
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DIMENSIONAMENTO
Dimensionare un impianto elettrico,
significa principalmente determinare:
IL TIPO DI CAVO DA
UTILIZZARE,
STABILENDONE
SEZIONE E
ISOLANTE.
NICOLO' CALI' 5A et
LE PROTEZIONI IN BASE
AL TIPO DI CAVO
SCELTO E AL SUO
UTILIZZO.
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SEZIONE E ISOLANTE DI UN CAVO
ELETTRICO:
Il primo fattore di cui tener conto nel dimensionare una linea
elettrica è il valore di corrente che la percorrerà.
Questo valore dipende dalla potenza degli utilizzatori collegati.
Per un corretto dimensionamento bisogna tener conto della seguente relazione:
I
b
Ib = corrente di impiego
I
n
In = corrente di
intervento del
magnetotermico
NICOLO' CALI' 5A et
I
z
Iz = portata del cavo
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Ipotizzando utenze elettriche come..
1 kW
1 kW
0,3 kW NICOLO' CALI' 5A et
2 kW
2 kW
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Si può dedurre una potenza installata di oltre 6 kW.
Tenendo però conto che le utenze non funzionano tutte nello
stesso tempo (coefficiente di contemporaneità), la potenza
contrattuale impegnata può essere calcolata in 3 kW.
Una volta calcolata la
potenza impegnata, si
può facilmente calcolare
la corrente di impiego:
(per circuiti monofase)
Ib = P / (Vx cosfi)
Utilizzando
contemporaneamente
tutti gli utilizzatori, si
impiegherebbe una
potenza di oltre 6 kW
che essendo superiore
a quella contrattuale
farebbe scattare
l’interruttore
automatico.
NICOLO' CALI' 5A et
A questo punto si
sceglierà un cavo che
abbia un valore Iz di
portata maggiore del
valore di corrente di
impiego.
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Una volta stabilita la
sezione del cavo da
impiegare, bisogna ancora
tener conto..
della
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21
La caduta di tensione è la differenza di
potenziale tra due punti di un conduttore
attraverso il quale scorre una corrente.
Questo valore
è imposto da
normativa e
deve essere
minore del
4% della
tensione
nominale.
E’ un fenomeno
che potrebbe
causare problemi
se verificato in
valori elevati.
Come si può
notare sui
dati di targa
di un
utilizzatore:
La maggior parte degli elettrodomestici
hanno un range di tensione di
funzionamento. Se a monte del
conduttore si ha un valore troppo
distante da quello di partenza si
potrebbero avere malfunzionamenti.
NICOLO' CALI' 5A et
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La caduta di tensione è la differenza di
potenziale tra due punti di un conduttore
attraverso il quale scorre una corrente.
Il suo valore varia
in base a:
Sezione del
cavo
utilizzato
Lunghezza
della linea
Valore di
corrente che
attraversa la
linea
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Nel caso il valore di ∆V superi il 4%
Bisogna
necessariamente
aumentare la
sezione del cavo
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COEFFICIENTI CORRETTIVI
Nella procedura di dimensionamento
della linea bisogna inoltre tener conto
di due coefficienti di correzione:
Coefficiente di
correzione della
temperatura
ambiente (k1) Le portate vengono definite alla
temperatura ambiente
convenzionale di 30 °C . Se la
temperatura ambiente è più
bassa rispetto a quella
convenzionale, la portata
aumenta, al
contrario se la temperatura
aumenta la portata diminuisce
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Coefficiente di
riduzione per
gruppi di cavi in
fascio o strato (k2)
Il coefficiente di riduzione
per gruppi di cavi tiene
conto del numero di
conduttori attivi posti in
modo ravvicinato.
All’aumentare del numero
di conduttori, il K2 si
avvicinerà maggiormente a
zero.
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RELAZIONE TECNICA IMPIANTO
FOTOVOLTAICO IN SCALA
Scopo del progetto: Simulazione del funzionamento di un impianto fotovoltaico ad uso civile applicato
a modellino di villetta in scala 1:1000,
Descrizione: Realizzazione di un modellino di villetta al fine di mostrare il funzionamento di un
impianto fotovoltaico ( stand-alone). Il modellino rappresenta, in scala, un impianto elettrico ad uso
civile di una villetta di 300 mq circa di cui è realizzato il seguente progetto tecnico. Per motivi di
praticità e sicurezza abbiamo optato per l’ utilizzo di apparecchiatura funzionante in 12 V DC.
Inoltre simuleremo il funzionamento degli apparecchi di protezione della linea, da cortocircuito e
sovraccarico(magneto-termico) tramite fusibili da 6A
Calcolo della producibilità annua:
Ipotesi di progetto:
a)
Villetta situata a Milano
b)
Angolo Azimut = 0° sud
c)
Angolo di tilt pannello = 30°
d)
Realizzazione di impianto fotovoltaico da 5 kWp
•
•
•
•
Radiazione solare media annuale su Milano Rma= 1307 kWh/mq
Valore standard di irraggiamento = 1kWp/mq
Rendimento impianto  = 0.75
Coefficiente correttivo - 0° sud e 30° tilt K = 1.13 (da tabella ministeriale)
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Energia prodotta annua = Rma *  * K * kWp = 1307 kWh/mq * 0.75 * 1.13 * 5 kWp =
[Analisi dimensionale dato irraggiamento standard di 1Kwp/mq commutiamo la grandezza
mq con kWp => 1307Kwh/mq = 1307 kWh/kWp]
=5538 kWh prodotti in un anno
Dato il costo al kWh dell’energia elettrica = 0.15 € cent si può dedurre un risparmio annuo di
€ 1107
Per mantenere la proporzione in scala 1:1000, abbiamo utilizzato un modulo fotovoltaico da
5Wp
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Materiale utilizzato per la realizzazione del modello in
scala:
N.1 Casa sezionata in scala 1/200
N.5 Luci led
N.1 Modulo fotovoltaico
N.1 Regolatore di carica
N.1 Batteria al piombo ermetica 6Ah
N.6 Interruttori (5 stanze +1generale)
N.1 Pulsante
N.1 Campanello
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Tensione
12 V
Potenza Nominale
5 Wp
Tensione a punto
massimo (Vmp)
18.36 V
Corrente a punto
massimo (Imp)
0.27 A
Tensione a circuito
aperto (Voc)
Corrente a corto
circuito (Isc)
Celle/Modulo
Dimensione
Peso
22 V
0.29 A
36
260 x 220 x 18 mm
0.8 Kg
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Descrizione del lavoro svolto
Il modellino acquistato presentava un basilare cablaggio elettrico delle stanze, collegate in
serie.
La necessità di controllare singolarmente l’accensione di stringhe di led, da noi aggiunte al
fine di ottenere un illuminazione ottimale, ci ha portato ad effettuare un completo
ricablaggio della struttura.
•Il modulo solare produce una tensione di circa 12 V in condizioni standard di irraggiamento solare.
•La tensione prodotta viene accumulata tramite l utilizzo di una batteria al piombo anch’essa da 12V per
poter usufruire dell energia anche i condizioni di scarso o assente irraggiamento solare.
•Il regolatore di carica ha lo scopo di regolare il parametro di corrente necessaria alla corretta ricarica della
batteria e di stabilizzare la tensione in uscita ai morsetti a cui vengono collegati gli utilizzatori.
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Caratteristiche tecniche del
regolatore di carica:
Selezione automatica della tensione (12 o
24V)
Funzione crepuscolare e timer regolabile
Protezione del sovraccarico (sia in ingresso
che in uscita)
Protezione dalla sovratemperatura
Protezione dalla polarità inversa (sia per i
moduli che per le batterie)
Pre-allarme di batteria scarica tramite LED
Protezione della batteria dall'eccessiva
carica (evita il sovraccarico della batteria
che la rovinerebbe)
Protezione della batteria dall'eccessiva
scarica (evita la scarica completa della
batteria che ne diminuirebbe la vita)
Indicazione stato di carica e
malfunzionamenti del sistema con LED
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Modello
Tensione di sistema (V)
Corrente max ingresso (A)
Corrente max uscita (A)
Massimo autoconsumo (mA)
EP5
12/24
5
5
6
Coefficiente di compensazione
della temperatura
Tensione di uscita (V)
Umidità
Temperatura di funzionamento
(ºC)
Tipo di carica
Grado di protezione
Dimensioni (mm)
Peso (Kg)
NICOLO' CALI' 5A et
-30mV/°C/12V
12/24
10%-90% NC
da -35º a +55º
Serie PWM (4 fasi)
IP 30
97 x 66 x 25
0.05
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Controller di comando:
Per controllare l’accensione singola di ogni stanza abbiamo realizzato un controller di comando adattando una
scatoletta in plastica inserendovi 6 interruttori (1 per ogni stanza + 1 generale) e un pulsante per azionare il
campanello.
Ogni interruttore interrompe il positivo della striscia di led attaccata al soffitto della stanze in modo da poter
scegliere quante e quali stanze accendere.
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Strumenti di misura:
Abbiamo voluto applicare al nostro impianto
un voltmetro e un amperometro per poter
controllare i valori di tensione prodotta dal
pannello e la quantità di corrente assorbita
dagli utilizzatori installati.
Avendo a disposizione un amperometro di
portata 100mA ed avendo un assorbimento
massimo di circa 300 mA, abbiamo
modificato l’amperometro installando ai
suoi capi una resistenza in parallelo del
valore di 2/3 della resistenza interna all’
amperometro.
In questo modo, la corrente si distribuisce
per 1/3 nell’amperometro e per 2/3 viene
assorbita dalla resistenza.
Il valore reale di corrente sarà quindi
interpretabile moltiplicando X3 il valore di
lettura dell’ amperometro
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