Energia elettrica Energia elettrica è una forma di energia sempre più utilizzata Consumo annuo pro capite è un indicatore del grado di sviluppo industriale e sociale di una nazione Vantaggi: versatilità facilità di distribuzione Non può essere accumulata in modo economicamente vantaggioso e quindi la potenza richiesta in ogni istante deve essere contemporaneamente generata (e distribuita).

Sistemi elettrici di potenza G U L G: centrali di generazione L: linee e stazioni di trasformazione U: utenze

corrente alternata alternatori più robusti e affidabili delle dinamo sistemi trifasi variazione dei livelli di tensione mediante trasformatori motori asincroni più robusti e affidabili dei motori in continua corrente continua collegamenti sottomarini trazione elettrica

Centrali elettriche di generazione Conversione elettromeccanica dell’energia: generatori sincroni (alternatori), macchine asincrone (piccoli impianti autonomi, cogenerazione) IDROELETTRICHE TERMOELETTRICHE NUCLEARI ENERGIE RINNOVABILI

Centrali idroelettriche Ad acqua fluente corsi d’acqua con grandi portate turbine Kaplan (lente) o Francis (veloci) a seconda del salto piezometrico lente variazioni della potenza fornita (servizio di base) nessuna emissione inquinante forte impatto ambientale dipendenza dalla morfologia del territorio e da fattori stagionali

A bacino o a serbatoio zone montane turbine Pelton (molto veloci) rapide variazioni della potenza fornita (servizio di punta) nessuna emissione inquinante forte impatto ambientale dipendenza dalla morfologia del territorio e meno da fattori stagionali

Centrali termoelettriche grandi estensioni vicino zone costiere o fiumi navigabili bruciano olio minerale, carbone, metano turbine a vapore o a gas raffreddamento ad acqua (fiumi, mare) o ad aria (torri evaporazione) lente variazioni della potenza fornita con turbine a vapore (servizio di base) rapide variazioni della potenza fornita con turbine a gas (servizio di punta)

grandi potenze (Gigawatt) emissioni inquinanti riscaldamento e alterazione del microclima rendimenti medi (40%)

Centrali nucleari lontano da tutti calore prodotto dalla fissione dell’uranio o del plutonio ciclo refrigerante primario (a circuito chiuso) e secondario turbine a vapore lente variazioni della potenza fornita (servizio di base) combustibile illimitato buon livello di sicurezza scorie radioattive e perdite radioattive

Altri tipi di centrali geotermiche mareomotrici eoliche solari biomasse e rifiuti solidi gruppi elettrogeni

Linee elettriche Differiscono per estensione e potenza, e quindi tensione nominale, e sono classificate in base a quest’ultima: AAT: altissima tensione Vn > 130 kV AT: alta tensione 30 kV < Vn < 130kV MT: media tensione 1 kV < Vn < 30kV BT: bassa tensione Vn < 1kV

Tipologie Forma d’onda della tensione: continua alternata Numero di conduttori: unifilari (tensione continua) bifilari (tensione continua o alternata monofase) a tre conduttori (tensione alternata trifase) a quattro conduttori (tensione alternata trifase con neutro)

Isolamento: aeree (conduttori nudi) per AAT, AT ed MT alternate trifase e lunghe e medie distanze per BT e MT in continua (trazione elettrica) in cavo (con guaine isolanti) per BT alternate e brevi distanze (<10 km) per AT continue e lunghe distanze (>100 km)

Estensione: trasporto AAT nazionale (max 1000 km) 380 kV, trifasi senza neutro, centro stella a terra AAT regionali (max 1000 km) 220 kV, trifasi senza neutro, centro stella a terra distribuzione AT regionali (max 200 km) 132 kV, trifasi senza neutro, centro stella a terra MT intercomunali (max 40 km) 20 kV, trifasi senza neutro, centro stella isolato BT territoriali (max 1 km) 380 V, trifasi con neutro, centro stella connesso 220 V, monofase

Schema elettrico equivalente linea bifilare R: resistenza longitudinale L: induttanza longitudinale G: conduttanza trasversale C: capacità trasversale

Parametri

Schema linea in continua R: resistenza longitudinale (dimezzata per la linea unifilare)

Schema linea monofase in alternata X: reattanza induttiva Reattanza capacitiva trascurabile per linee aeree e per linee in cavo corte Nella linea trifase a 3 o 4 fili R e X valgono la metà

Topologie delle linee a sbalzo alimentata alle estremità ad anello

Dimensionamento delle linee Dimensionamento elettrico Caduta di tensione di linea V=Vn-Vmin < 2%Vn Vn tensione nominale Vmin tensione dell’utente più sfavorito Dimensionamento termico Riscaldamento per effetto Joule Equilibrio termico con l’esterno Critico per linee in cavo Dimensionamento complessivo

Dimensionamento elettrico Tratto di linea  Circuito equivalente Carico  Generatori ideali di corrente Sovrapposizione degli effetti Determinazione di Vmin Equazione dei momenti e V Sezione minima

Dimensionamento linee in continua Linea a sbalzo Linea alimentata alle due estremità Linea ad anello

Dimensionamento linee in alternata Linea monofase a sbalzo con un solo carico Linea monofase a sbalzo con un più carichi Linea monofase alimentata alle estremità Linea monofase ad anello Linee trifase

Confronto tra le linee Stessa potenza utile fornita al carico Stessa lunghezza Stesso volume di materiale conduttore con uguale resistività Linea continua unifilare (u) Linea continua bifilare (b) Linea alternata monofase (m) Linea alternata trifase (3 fili) (t)

Confronto rendimenti di trasmissione Confronto sezioni Confronto rendimenti di trasmissione

Confronto cadute di tensione