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. BT: Vn  50 V BT: Vn  120 V 1 BT: 50 V  Vn  1000 V 120 V  Vn  1500 V 2 MT: 1 kV  Vn  30 kV 1.5 kV  Vn  30 kV 3 AT: Vn  30 kV (AAT: Vn  50 kV)

SCHEMA DI IMPIANTO ELETTRICO MT MT/AT AT/MT MT AT G MT/BT Trasmissione in AT (220-380 kV) BT Generazione in MT (10-15 kV) MT/BT BT Distribuzione in AT (50-150 kV) o MT 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) I0 = 10-200 kA Tf = 0.5 – 1.5 s Te = 50-100 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 : tempo

SOVRACORRENTI SOVRACCARIC0 CORTO CIRCUITO 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 Automatici x 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] In : corrente nominale Inf : corrente massima di sicura non fusione If : corrente minima di sicura fusione Icc : corrente di corto circuito Zona di intervento Campo di integrità I [A] In Inf If Icc

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

Varistori ad ossido di metallo Spinterometri Scaricatori ad asta Alta capacità di assorbimento dell’energia della sovratensione Tensione che decresce rapidamente dopo l’intervento Scaricatori a gas (Migliore controllo della tensione di intervento) Varistori ad ossido di metallo Tensione quasi costante sul carico in presenza della sovratensione Non possono condurre correnti elevate Tensione costante sul carico in presenza della sovratensione Diodi soppressori

Le caratteristiche diverse di gas arresters, varistori e diodi soppressori possono essere combinate nella realizzazione di circuiti di protezione multistadio v1 v3

Sovratensione transitoria Tf = 1 s Te = 50 s VM = 2.1 kV

v1 tensione misurata sul primo stadio v3 tensione misurata sul terzo stadio

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 Caratteristica di intervento Tin Is = 8-10 In Tempo Corrente Is = 8-10 In

RELE’ TERMICO Caratteristica di intervento 5 sec I 5 sec = 4 In Tempo Corrente I 5 sec = 4 In

RELE’ MAGNETO-TERMICO Tempo Caratteristica di intervento Tin Corrente Is = 8-10 In

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 1° lettera: stato del neutro del secondario del trasformatore MT/BT 2° lettera: stato delle masse delle utenze Sistema IT Sistema TT Sistema TN

IMPIANTI DI TERRA SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA: Norma CEI 64-8 Norma CEI 11-8 Norma CEI 81-1 SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA: Offrire una via di ritorno alle correnti di guasto diversa da quella offerta dal corpo umano Determinare l’intervento delle protezioni in tempi opportuni 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