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Impianti elettrici Grandezze elettriche Tensione (V): Misurata in Volt (V) Corrente (I): Misurata in Ampere (A) Potenza: Misurata in Watt (W=V.I) Resistenza:

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2 Impianti elettrici

3 Grandezze elettriche Tensione (V): Misurata in Volt (V) Corrente (I): Misurata in Ampere (A) Potenza: Misurata in Watt (W=V.I) Resistenza: Misurata in Ohm ( =V/I) Frequenza: Misurata in Hertz (Hz) Luminosità: Misurata in lumen (lm) Illuminamento: Misurato in lux (lux)

4 Tensione Rappresenta la differenza di stato fra due punti Rappresenta la possibilità di erogare energia Agli alveoli di una presa si può misurare la tensione senza passaggio di corrente e senza erogazione di potenza Così avviene per ogni circuito aperto

5 Configurazione Sorgente di energia A B V V

6 Corrente Si verifica passaggio di corrente solo quando un circuito è chiuso La corrente che transita in un circuito dipende dal carico Il carico, possiede una sua impedenza (resistenza), ed il rapporto tensione diviso resistenza indica il valore della corrente I Legge di Ohm V=Z x I (V=R x I)

7 Configurazione Sorgente di energia A B L L=Carico

8 Natura del carico Resistivo Lampada incandescenza Forno Stufa elettrica Induttivo Lampada fluorescenza (reattore) Motore Avvolgimento Capacitivo Condensatori

9 Effetti del carico resistivo Premesso che non esiste un carico resistivo puro La corrente assorbita è in fase con la tensione che la genera (V=Z x I = R x I) Limpedenza coincide con la resistenza

10 Carico resistivo V I o anche unendo le origini dei vettori V I

11 Potenza di un carico resistivo La potenza è sempre un prodotto vettoriale di tensione e corrente. In modulo P = V x I cos Dove angolo compreso fra V ed I Essendo i due vettori in fase, (cos = 1) il prodotto vettoriale è eguale a quello scalare P = V x I ( dove P=potenza attiva)

12 Effetti del carico induttivo Premesso che non esiste un carico induttivo puro La corrente assorbita è in quadratura ed in ritardo con la tensione che la genera (V=Z x I=X x I) Limpedenza coincide con la reattanza (considerata in quadratura con la resistenza)

13 Carico induttivo V I o anche unendo le origini dei vettori V I =90°

14 Potenza di un carico induttivo La potenza come prima definita è ovviamente nulla per essere cos = 0 Si definisce la potenza reattiva come il prodotto della tensione V per la corrente in quadratura I Q = V x I

15 Effetti del carico capacitivo Premesso che non esiste un carico capacitivo puro La corrente assorbita è in quadratura ed in anticipo con la tensione che la genera (V=Z x I=X x I) Limpedenza coincide con la reattanza (considerata in quadratura con la resistenza)

16 Carico capacitivo V I o anche unendo le origini dei vettori V I =-90°

17 Potenza di un carico capacitivo La potenza reale è ovviamente nulla (cos =0) Si definisce la potenza reattiva come il prodotto della tensione V per la corrente in quadratura I Q = V x I

18 Effetti del carico comune Avendo premesso che non esistono carichi puri, il carico comune sarà: –Resistivo+induttivo ( è la configurazione comune) –Resistivo+capacitivo La corrente assorbita nella configurazione comune è in ritardo rispetto alla tensione che la genera

19 Carico comune V I P=V x I x cos Q=V x I x sin o anche unendo le origini V I P Q Dalla figura segue che tg = Q/P

20 Potenza apparente Dalla figura precedente si ricava che sotto la tensione V il carico comune assorbe la corrente I in ritardo rispetto alla tensione. Questa corrente, peraltro, deve essere prodotta dal produttore e trasmessa in rete Per cui il produttore deve produrre sia la tensione V che la corrente I da inviare in rete, come se producesse V x I Il prodotto V x I si chiama potenza apparente

21 Conseguenze Tutte le macchine che producono o trasformano energia (generatori, trasformatori, gruppi elettrogeni, gruppi di continuità) sono individuate dalla loro potenza apparente. Lunità di misura della potenza apparente (A) è il VA (Volt-ampere) con i suoi multipli

22 Effetto del carico comune Una macchina elettrica per fornire energia utilizzabile ( dipendente dalla potenza reale) ha bisogno di assorbire dalla rete elettrica una potenza maggiore. Ciò si tramuta in una perdita per il produttore e per la linea di trasmissione E interesse del produttore ridurre questa perdita

23 Fattore di potenza Il coseno dellangolo fra tensione e corrente viene denominato fattore di potenza Fino alla prima crisi energetica (1973) il valore stabilito per legge del cos era non minore di 0,8 Dopo, per legge, il valore del cos deve essere eguale o maggiore a 0,9 Ridurre il cos è compito dellutente

24 Rifasamento Il problema della riduzione del fattore di potenza viene denominato rifasamento Dei vari tipi di carico (resistivo, induttivo e capacitivo) sappiamo che assorbono corrente in fase; in quadratura e ritardo; in quadratura e in anticipo rispetto alla tensione Poiché un carico normale assorbe corrente in ritardo gli si potrà accoppiare un carico che assorba corrente in anticipo per riequilibrare tutto?

25 Rifasamento V I Iq Itot 1 Per diminuire langolo occorre sommare alla corrente assorbita una seconda corrente in anticipo

26 V A (pot app.) Q rif.(pot.reatt.) A tot 1 Per diminuire langolo occorre sommare alla potenza apparente una potenza in anticipo Perché cos 1 sia <=0,9 tg =Q/P tg = (Q-Q rif.)/P tg = tg –Q rif /P Q rif =P(tg -tg ) Q P

27 Condensatori Il modo più comodo per rifasare è inserire dei condensatori La potenza del parco di condensatori viene espressa in VAr ( volt ampere reattivi) Per conoscere la capacità dei condensatori si può ricordare la formula in base alla potenza: Q= x c x V 2

28 Dove rifasare Rifasamento distribuito Rifasamento accentrato Gli effetti per il distributore non cambiano

29 Rifasamento distribuito Inserire adatti condensatori presso ogni utenza E utilizzato per – lampade fluorescenti – mobiletti dei fan coil Non è indicato per i motori

30 Rifasamento concentrato Consente di risparmiare nellinvestimento Consente regolazione automatica secondo necessità Occorre fare attenzione alleffetto pendolo

31 Calcolo degli impianti

32 Procedura di calcolo Analisi dei carichi Calcolo della corrente assorbita da ogni linea Dimensionamento delle linee in funzione della portata Verifica della caduta di tensione Verifica del comportamento al corto circuito Verifica della protezione contro i contatti indiretti

33 Analisi dei carichi Consiste nellelencare tutti i carichi con la loro potenza e le loro caratteristiche Occorre considerare quanto si utilizza del carico introducendo il coefficiente di utilizzazione del singolo utilizzatore( ad esempio una presa dimensionata per un carico di 3 kW normalmente ne alimenta uno di 500 W) Occorre inoltre considerare un coefficiente di contemporaneità che interessa il complesso dei carichi

34 Corrente assorbita Stabiliti i carichi di una zona si può: –Stabilire il numero dei circuiti (linea con protezione) –Individuare il carico complessivo di ogni circuito –Calcolare la corrente che attraversa il circuito con la formula I=N/(k x V x cos ) dove: – k = 1 per circuiti monofase, k=3 per circuiti trifase –V = tensione stellata

35 Portata di corrente E una caratteristica del: – circuito – del conduttore e del suo isolamento, – delle condizioni di posa – della temperatura di esercizio Viene tabulata dallUNI-CEI ( ente normatore )

36 Densità di corrente possibile Lato 1mm, area 1mm, perimetro 4 mm Lato 2mm, area 4 mm, perimetro 8 mm Lato 3mm, area 9 mm, perimetro 12 mm Lato 4 mm, area 16 mm, perimetro 16 mm E dal perimetro che si disperde il calore prodotto

37 Temperatura di esercizio La temperatura ambiente normalizzata è pari a 30°C –Per temperature inferiori si ha un coefficiente maggiore di 1 –Per temperature superiori si ha un coefficiente minore di 1 –Per 30°C il coefficiente è 1

38 Caratteristica del circuito Dipende dal fatto che un circuito sia monofase o trifase In un circuito monofase i conduttori percorsi da corrente sono 2; in un circuito trifase sono 3 In un circuito monofase le fonti di calore sono meno La portata di un conduttore è maggiore se il circuito è monofase

39 Conduttore e isolamento La portata dipende ovviamente dalla sezione anche se non in modo lineare Dipende dallisolante perché questo ha diversi comportamenti alla temperatura –PVC può funzionare inalterato fino a 70°C –EPR può funzionare inalterato fino a 90 °C A temperature maggiori lisolante invecchia prima

40 Condizioni di posa Ogni condizione di posa ha una sua caratteristica di dissipazione del calore –Pose caratteristiche: In fascio entro tubo Su canale verticale Su canale orizzontale Direttamente incassato In aria libera

41 Configurazione Sorgente di energia A B L L=Carico Z Linea Z carico Se la impedenza di linea fosse nulla (Z Linea =0) tutta la tensione si avrebbe ai capi del carico

42 Caduta di tensione V Z linea =0 cdt=V con Z linea =0 la caduta di tensione ai capi dellapparato è pari alla V V Z linea =0 cdt0 la caduta di tensione ai capi dellapparato è minore < V

43 Caduta di tensione Come il carico ha una sua impedenza Z carico composta da resistenza e reattanza fra loro in quadratura, così anche la linea ha una sua impedenza Z linea funzione della sezione e dellisolamento. Quando la corrente transita in queste impedenze si verifica una caduta di tensione, quella che idealmente si verificherebbe tutta sul carico

44 Calcolo della caduta di tensione cdt = k x I x Z Dove Z = R + X Dove k = 3 nei circuiti trifase Dove k = 2 nei circuiti monofase 22

45 Determinazione di Z Poiché Z è somma di due termini fra loro in quadratura (R ed X) per avere la Z totale non è possibile sommare i vari valori di Z Occorre sommare separatamente tutte le R e tutte le X poi trovare lipotenusa del triangolo rettangolo da esse formato

46 Limiti della cdt Secondo la Norma CEI 64-8 la caduta di tensione fra il punto di consegna dellenergia e lutilizzatore più lontano non deve superare il 4%

47 Corto circuito Sorgente di energia A B L L=Carico Sorgente di energia A B Corto circuito Z = 0

48 Conseguenze del c.c. Dalla legge di Ohm V=Z x I Poiché V è dato (V=231 Volt) e Z=0 ne consegue che I tende allinfinito Non è così perché qui intervengono le impedenze della linea che si erano trascurate quando si calcolò la corrente nominale del circuito

49 Corrente di c.c. Così la corrente di c.c. viene limitata dalle impedenze del circuito, impedenze di linea. I c. c. = V / Z In questo caso non è consentito trascurare le impedenze interne della sorgente

50 Impedenza complessiva E la somma di tutte le impedenze dalla sorgente al punto di corto circuito. Z sorg. Z Linea1 Z Linea2 Z Linea3 Z totale =Z sorg.+Z linea1 +Z linea2 +Z linea3 R totale =R sorg.+R linea1 +R linea2 +Z linea3 X totale =X sorg.+X linea1 +X linea2 +X linea3 Dove Z = R + X 22

51 Impedenza della sorgente Non è mai trascurabile per c.c. a livello sorgente A fine linea non sempre è possibile trascurarla: ad esempio –Ciò avviene per consegne in bt dalla Società erogatrice –Avviene per i gruppi di continuità

52 Energia specifica passante Quando la corrente di corto circuito attraversa un circuito, preoccupa il fatto che lo attraversi per un periodo lungo Il prodotto del quadrato della corrente per il tempo viene definito energia specifica passante (I x t) 2

53 Tempo di intervento Definito dalla curva tempo corrente nel relè termomagnetico Stabilito a valori voluti con relè elettronico

54 Curva tempo corrente

55 Taratura relè elettronico

56 Principali effetti della Ic.c. Riscaldamento subitaneo del cavo (finché non interviene la protezione) Effetto elettrodinamico ( attrazione o repulsione di circuiti elettrici) a livello quadri ed apparecchi

57 Conseguenze Occorre dimensionare il quadro e gli apparecchi per sostenere la Icc Questa possibilità per un interruttore viene chiamata Potere di interruzione Tutti gli interruttori di un quadro debbono avere lo stesso potere di interruttore

58 Analogie con lidraulica Alla base di una diga chi monterebbe un rubinetto da bagno?

59 Potere di interruzione La corrente di guasto diminuisce allontanandosi dalla sorgente da qualche decina di kA a poche centinaia di A Ciò perché aumenta limpedenza complessiva E possibile calcolare la Icc in ogni nodo del circuito, segnatamente in corrispondenza di ogni quadro

60 Andamento della Icc Z sorg. Z Linea1 Z Linea2 Z Linea3 I cc1 = V / Z sorg. I cc2 = V / (Z sorg.+Z linea1 ) I cc3 = V / Z sorg.+Z linea1 +Z linea2 ) I cc4 = V / Z sorg.+Z linea1 +Z linea2 +Z linea3 )

61 Conseguenze per il cavo Il cavo, come visto, è soggetto ad una corrente esuberante rispetto alla sua portata Perché il cavo resista occorre che non sia sottoposto allinnalzamento di temperatura per un tempo eccessivo La sopportazione del cavo dipende dalla sezione e dal tipo di isolamento

62 Confronto con en.sp. Indicando con: s la sezione in millimetri quadrati k la costante dovuta allisolamento, pari a: –115 per PVC –143 per EPR Occorre che sia verificata la diseguaglianza: k s > I t 222

63 Quale I Occorre fare il confronto della diapositiva precedente sia con la corrente di guasto massima (espressa in A), che con la corrente di guasto minima. Il tempo è espresso in secondi

64 Se la verifica non cè Il migliore provvedimento è aumentare la sezione del cavo, e rifare i conti. –Si tenga conto che una sezione di cavo maggiore comporta una minore Z linea e quindi si avrà una Icc maggiore nello stesso punto –Laumento di Icc può incidere però meno dellaumento della sezione

65 Andamento del pot. interr. Il potere di interruzione necessario, diminuisce analogamente, man mano che ci si allontana dalla sorgente Ogni quadro elettrico dovrà essere dimensionato per tale potere di interruzione

66 Caratteristiche interruttori Caratteristiche necessarie per la definizione: –Portata ( la massima corrente che i contatti sono chiamati a portare – valore discreto) –Taratura (la corrente nominale dellinterruttore) –Potere di interruzione Distinto in : –Limite o –Di servizio –Curva di intervento

67 Protezioni richieste Per legge, (46/90)allinizio di un impianto ci deve essere: –Dispositivo di sezionamento materiale dellimpianto –Dispositivo per la protezione contro i sovraccarichi –Dispositivo per la protezione contro il c.c. –Dispositivo per la protezione contro i contatti indiretti

68 Selettività Le apparecchiature suddette è bene ripeterle in ogni quadro per avere selettività nelle protezioni. La selettività per la protezione ai sovraccarichi si ottiene con diverse tarature degli interruttori in cascata La selettività per la protezione al c.c. si ottiene principalmente con il tempo La selettività per la protezione contro i contatti indiretti si ottiene con il valore di soglia e con il tempo

69 Grazie dellattenzione Giampietro Favero


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