Caratteristiche del vettore elettrico Praticità d’uso Facilità di trasporto Qualità della conversione Utilizzo dell’energia nucleare Scarsa accumulabilità

Energia contenuta nell’unità di massa combustibili nucleari combustibili fossili accumulatori elettrochimici condensatori industriali 10 6 1 - 6 kWh / kg 10 -

Struttura di un sistema elettrico per l’energia Caratteristiche peculiari: grande estensione; stretta integrazione; impossibilità di accumulo di energia elettrica in forma diretta. Conseguenze (valide a livello europeo): Necessità di un elevato coordinamento nella gestione del sistema.

Struttura di un sistema elettrico per l’energia

Specifiche di base Tensione sinusoidale costante (valore efficace della componente fondamentale).

Specifiche di base Perché la tensione deve essere sinusoidale?

Specifiche di base Sistema trifase (simmetrico ed equilibrato): Antonio Pacinotti e la “macchinetta” (1858) Galileo Ferraris e il campo magnetico rotante (1885)

tipo di distribuzione

distribuzione in derivazione G U regolato a V=costante distribuzione in derivazione U regolato a I=costante G distribuzione in serie

CORTO CIRCUITO U G GUASTO U G DISSERVIZIO

INTERRUZIONE di CIRCUITO G DISSERVIZIO U G GUASTO

G U regolato a V=costante U regolato a I=costante G

I V

Specifiche di base Frequenza costante (rete sincrona a 50 Hz) ed uguale in tutta l’Europa Occidentale Perché la frequenza deve essere costante? Problemi legati al buon funzionamento dei carichi. Problemi legati alla sicurezza di funzionamento dei generatori.

Caratteristiche particolari Distanza tra centri di produzione e centri di carico, Impossibilità di trasferire potenza lungo un percorso assegnato. Necessità di trasportare potenza attiva. Necessità di trasportare potenza reattiva.

Cenni storici I primi generatori in c.c. furono sviluppati, a livello industriale, da Gramme e da Brush attorno al 1870. Nel 1882 viene costruita la prima linea in c.c. Kiesbach-Monaco (57 km, 2 kV, 1.5 kW). Nel 1883 viene costruita la seconda linea in c.c. a Santa Redegonda (2 x 110 V). Tra il 1887 e il 1889 venne costruita la linea in c.c. Isoverde-Genova (27 km, 2.2 kV, 100 kW) successivamente potenziata fino a 540 kW.

Cenni storici Fra il 1875 ed il 1880 Gramme e Siemens svilupparono le prime applicazioni industriali in c.a. che portarono negli anni successivi allo sviluppo di questa tecnologia. Nel 1886 entrarono in servizio due alternatori monofase, a Roma e a Tivoli. Nel 1892 la centrale di Tivoli venne collegata a Roma con la prima linea di trasmissione in c.a. del mondo (5 kV). A seguito della scoperta del campo magnetico rotante viene costruita in Germania nel 1891 la prima linea trifase del mondo (178 km, 25 kV, 170 kW). Nel 1898 entra in servizio la linea Paderno-Milano (32 km, 13 kV, 10.5 MW).

Cenni storici Agli inizi del XX secolo la tensione dei sistemi di trasmissione passa in Europa da 25 a 80 kV mentre negli USA raggiunge 100 kV già nel 1909. Dopo Grande Guerra negli USA viene raggiunto nel 1922 il livello di tensione di 220 kV mentre in Europa, ed in particolare in Italia, si costruisce la prima linea a 130 kV nel 1923. Nel 1936 entrò in servizio negli USA una linea 287 kV. Nel 1952 in Svezia vennero realizzate le prime linee al mondo a 380 kV. Nei primi anni ’60 in Russia e negli USA iniziarono ad entrare in servizio sistemi di trasmissione a 500 kV. Nel 1965 veniva inaugurata in Canada la prima linea a 735 kV mentre quattro anni dopo negli USA veniva costruito il primo 765 kV.

Cenni storici

Rappresentazione topografica di una rete elettrica Il primo livello di rappresentazione di una rete elettrica è quello topografico. Le informazioni contenute in tale livello sono tipicamente legate alla localizzazione geografica degli impianti, alla loro tipologia (centrali e numero di linee in parallelo) ed ai livelli di tensione. In questo livello di rappresentazione vengono riportati sempre i nomi geografici dei nodi; tali nomi di solito non coincidono con quelli riportati nelle altre tipologie di rappresentazione.

Rappresentazione topografica di una rete elettrica Tale rappresentazione è tipicamente suddivisa per livelli di tensione (generalmente riportati con colori diversi). Eccettuato il livello di tensione, nella rappresentazione topografica non viene riportato alcun ulteriore parametro elettrico (es.: taglia e n° dei gruppi delle centrali). La lettura e la comprensione degli schemi può essere effettuata utilizzando direttamente la legenda riportata in calce.

Rappresentazione topografica della rete italiana UNIVERSITÀ DI PISA

Rappresentazione topografica della rete italiana

Schema unifilare di una rete elettrica Gli schemi unifilari di rete, di centrale, di impianto di utente, ecc., permettono la rappresentazione formale di un sistema elettrico e contengono tipicamente tutte le informazioni necessarie al suo dimensionamento. I nomi che identificano i nodi sono generalmente differenti da quelli della rappresentazione topografica. A seconda del tipo di studio che è necessario sviluppare i diversi elementi del sistema possono essere rappresentati con tutti i loro componenti o con elementi equivalenti (es.: generatori delle centrali, trasformatori in parallelo, interruttori di stazione, ecc.).

Schema unifilare di una rete elettrica Negli schemi (e nelle eventuali tabelle allegate) sono contenuti: I dati di targa e le tipologie dei componenti (generatori, linee, interruttori, protezioni, ecc.) Il collegamento del neutro La struttura delle linee (monofasi, trifasi, c.c., ecc.) Gli schemi elettrici unifilari vengono utilizzati per qualunque livello di tensione; la rappresentazione di ogni componente è definita dalle norme (CEI).

Schema unifilare di una rete elettrica Gli schemi elettrici unifilari assumono tale nome in quanto vengono disegnati riportando un unico filo indipendentemente dal fatto che i sistemi siano monofase, trifase o in c.c.. Gli schemi sono unifilari anche in caso di sistemi trifase; tale fatto è pienamente giustificabile in quanto in condizioni di funzionamento normale i sistemi risultano essere simmetrici ed equilibrati: in tali condizioni i moduli delle correnti di linea e delle tensioni di fase sono uguali (in modulo) e riferite ad un nodo comune (centro-stella) generalmente coincidente con il potenziale di terra.

Schema unifilare di una rete elettrica Gli schemi elettrici unifilari non è rispettata la scala delle lunghezze; ciò significa che nel disegno possono essere molto vicini nodi che nella realtà distano anche centinaia di km e viceversa. La simbologia dei diversi elementi che compongono una rete elettrica è piuttosto estesa; ai fini delle presenti considerazioni è sufficiente limitarsi ad un numero estremamente limitato di simboli che per comodità vengono di seguito riportati.

Simbologia G sezionatore trasformatore 2 avvolgimenti interruttore di manovra sezionatore trasformatore 3 avvolgimenti interruttore automatico di potenza auto-trasformatore 2 avvolgimenti interruttore magneto- termico di potenza scaricatore G generatore

Esempio di schema unifilare UNIT 1

distribuzione in derivazione a tensione costante ....

1kW 100.000 UTILIZZATORI 100 V 10 A G 100.000 kW U G

100 V 10 utilizzatori 100 A G

100 V 100 utilizzatori 1000 A G

100 V 1000 utilizzatori 10000 A G

100 V 10.000 utilizzatori 100.000 A G

100 V 100.000 utilizzatori 1.000.000 A G

100V 10.000 A 1.000.000 A 100.000 A 100 A G

100V 10.000 A 1.000.000 A 100.000 A 100 A G 100V 200 A 5.000V 400 A 25.000 V 10.000 A 10.000 V 100 A G 5:1 50:1 1:2,5

P C C (V) C (I) V

P C Ctot C (V) C (I) V VO

distribuzione in derivazione a tensione costante a corrente alternata trifase

struttura del sistema elettrico per l’energia

DISTRIBUZIONE PRIMARIA

DISTRIBUZIONE PRIMARIA

DISTRIBUZIONE MT

DISTRIBUZIONE BT

DISTRIBUZIONE BT

TRASMISSIONE

TRASMISSIONE

TRASMISSIONE E INTERCONNESSIONE

diagramma di carico giorno di massimo carico invernale 38,0 GW GW 40 35 GW 30 giorno di massimo carico invernale 25 20 15 10 5 4 8 12 16 20 24

40 38,0 GW 70 66,1 GW 35 60 GW GW 30 50 25 40 20 30 15 20 10 5 10 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24

38,0 GW 66,1 GW 102,3 GW 104,1 GW GW economia di 1,8 GW 120 100 80 60 40 20 4 8 12 16 20 24

vantaggi dell’interconnessione messa in comune delle riserve di generazione riduzione delle punte di carico migliore sfruttamento del parco di generazione

rete europea a 420 kV

rete svedese a 420 kV

rete canadese a 765 kV

TRASMISSIONE E INTERCONNESSIONE DISTRIBUZIONE PRIMARIA DISTRIBUZIONE MT DISTRIBUZIONE BT

CENTRALE RETE DI TRASMISSIONE E INTERCONNES. DISTRIB.MT STAZIONE CABINA PRIMARIA MT- BT RETE DI DISTRIB.BT CARICO DISTRIB.PRIMARIA

NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO TENSIONI UTILIZZATE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO TENSIONE TENSIONE RETE NOTE NOMINALE MAX TRASMISSIONE E 380 kV 420 kV INTERCONNESSIONE 220 kV residuo 245 kV 132 kV centro nord 145 kV DISTRIBUZIONE PRIMARIA 150 kV centro sud 170 kV DISTRIBUZIONE 15-20 kV 17,5-24 kV A MT altre residuo DISTRIBUZIONE 400 V A BT

a) b)

generazione a livello di distribuzione primaria per motivi storici

autoproduzione

generazione distribuita