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L`Energia elettrica
L’Energia elettrica ed il suo utilizzo Fonti dell’energia • Calore – Nucleare – a combustibile – a biomassa • Fotovoltaica • Idrica – salto – fiume – maree • Chimica • Eolica Energia elettrica 2 Pregi e difetti nucleare • • • • • Minore costo dell’energia Minore inquinamento Possibilità di contaminazione Costi elevati alla dismissione Difficoltà di smaltimento materiale radioattivo Energia elettrica 3 Pregi e difetti combustibile • Possibilità di adottare nella stessa centrale combustibile solido, liquido o gassoso • Emanazione di fumi inquinanti • Dipendenza dal mercato del petrolio • Fonte non rinnovabile ed esaurita in un periodo inferiore ad un secolo Energia elettrica 4 Pregi e difetti biomassa • • • • Necessità di adeguata cultura Cattivo odore nello stoccaggio Tecnologia non perfezionata Scorie inquinate Energia elettrica 5 Pregi e difetti chimica • • • • • Limitata autonomia Estrema trasportabilità Necessità di ricarica Smaltimento complicato Impianti condizionati da temperatura e possibilità di esplosione Energia elettrica 6 Pregi e difetti fotovoltaico • • • • Elevato costo di costruzione Costo di produzione nullo Necessità di ampi pannelli Rendimento funzione dell’illuminamento Energia elettrica 7 Pregi e difetti idrico (salto) • • • • • Necessità di un invaso Impatto ambientale Non inquinante Basso costo di esercizio Difficoltà di regolazione Energia elettrica 8 Pregi e difetti idrico (fiume) • Minore impatto ambientale • Lo stesso fiume può essere utilizzato per diversi salti • Basso costo di esercizio • Problemi per la navigazione • Poco adatto per la regolazione Energia elettrica 9 Pregi e difetti idrico (maree) • • • • Costo di esercizio limitato Non inquinante Applicabile solo in alcune zone Grande impatto ambientale Energia elettrica 10 Pregi e difetti eolica • • • • • Scarsa produzione per macchina Necessità di molti generatori e grandi spazi Impatto ambientale Costi di esercizio limitati Necessità di zona ventosa Energia elettrica 11 Tensioni di esercizio • Si distinguono in: – – – – Alte tensioni (superiori a 30.000 V) Medie tensioni (fra 1.000 e 30.000 V) Bassa tensione ( inferiori a 1.000 V) Bassissima tensione (inferiore a 24 V) Energia elettrica 12 Alte tensioni • Sono utilizzate per coprire grandi distanze • Normalmente vengono fornite all’utente solo nel caso in cui la potenza richiesta è di qualche megawatt • In questo caso l’utente dovrà costruire un piazzale all’aperto e utilizzare una tensione intermedia per la distribuzione interna Energia elettrica 13 Tensioni normalizzate • • • • 60 kV ( distribuita all’utente) 150 kV (distribuita all’utente) 220 kV (linee interconnessione) 380 kV (linee dorsali) Energia elettrica 14 Schema distribuzione AT/MT/bt MT/bt Utente Rete bt UTENTE AT ENEL AT/MT UTENTE MT/bt Utente Rete bt Energia elettrica MT/bt Utente Rete 15 bt Medie tensioni • Sono utilizzate per la distribuzione alle grandi utenze: – – – – – stabilimenti industriali ospedali grandi alberghi centri commerciali gruppi di sale cinematografiche Energia elettrica 16 Tensioni normalizzate in MT • Per tutto il territorio nazionale: 20 kV – eccezioni: Roma 8,4 kV – Firenze 15 kV – Milano 23 kV Energia elettrica 17 Fonti di energia per un utente • • • • Fornitura da parte della Società erogatrice Gruppo elettrogeno Gruppo di continuità Cogeneratore Energia elettrica 18 Impianto di utente completo ENEL Gruppo elettrogeno Cabina trasformazione Scambio rete-gruppo Rete normale Rete preferenziale UPS Rete Continuità Energia elettrica 19 Gruppo elettrogeno • Generatore alimentato da motore termico • Si accende automaticamente in mancanza di tensione di rete • Ha bisogno di serbatoio di gasolio per il funzionamento in emergenza • Ha bisogno di batterie per l’avviamento automatico Energia elettrica 20 Capacità del serbatoio – Il consumo del GE è circa 170 g di gasolio per cavallo ogni ora (CV/h) – La potenza del GE è data in kVA ( equivalenti ai kW quando il fattore di potenza è unitario) – Ogni CV è pari a 736 W – La massa volumica del gasolio è pari a 0,85 – Quindi per 1 kVA occorre: 1/(0,736 x 0,85) litri di gasolio l’ora = 1,6 l – Normalmente si utilizzano serbatoi da 5 (o 10) metri cubi – Un GE da 100 kVA haelettrica autonomia di 31 (62)h 21 Energia Gruppi di continuità (UPS) • Servono ad alimentare utenze critiche alla mancanza di tensione quali: – computer – apparecchi elettromedicali – apparecchi elettronici • Vengono dimensionati per un tempo limitato (10-20 minuti) per intervenire durante l’avviamento del GE Energia elettrica 22 Costituzione di un UPS Convertitore da continua a alternata Rete Raddrizzatore da alternata a continua Batterie Energia elettrica Carico 23 Problemi di ridondanza • In un ospedale è bene avere più di un GE per evitare di interrompere macchine critiche (cuore polmone, respiratori, ecc.) • Negli uffici (computer) è bene avere un avviso se il GE non si avvia, per chiudere i files aperti durante l’autonomia dell’UPS Energia elettrica 24 Cogeneratore • E’ un generatore, normalmente a gas, che funziona contemporaneamente alla rete, o in sua assenza • Viene pilotato dalla rete per cui ha di quella le caratteristiche ( frequenza, tensione, fase ecc..) • Può essere commutato su rete in caso di manutenzione Energia elettrica 25 Tensione normalizzata in bt • 400/231 V – I valori corrispondono alle tensioni concatenata e stellata di un sistema trifase – Tali valori sono fra loro in rapporto come 1 e 3 Energia elettrica 26 Rapporto fra Vc e Vs Vc = Vs x cos30° 2 Vc = Vs x 3 2 2 Vc Vs 30° Vc 2 Vc = Vs x Energia elettrica 3 27 Schema trifase Ir Ir=Is=It R N S In=Ir+Is+It=0 T It Is Energia elettrica 28 Sistemi elettrici • Dipendono dalla configurazione dell’impianto di terra. – Sistemi TN • TN-C • TN-S – Sistemi TT – Sistemi IT Energia elettrica 29 Sistema TN-C Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T PEN TERRA Energia elettrica 30 In caso di guasto TN-C Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Guasto Ig Fase R Fase S Fase T PEN TERRA Ig Fra fase e PEN si verifica un corto circuito ed interviene la protezione utente Energia elettrica 31 Sistema TN-S Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T Neutro PE TERRA Energia elettrica 32 In caso di guasto TN-S Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE TERRA Guasto Ig Fase R Fase S Fase T Neutro PE Ig Fra fase e PE si verifica un corto circuito ed interviene la protezione utente Energia elettrica 33 Sistema TT Cabina di Trasformazione ENEL TERRA ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T Neutro PE TERRA UTENTE Energia elettrica 34 In caso di guasto TT Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL TERRA ENEL UTENTE Ig Guasto Fase R Fase S Fase T Neutro PE Ig TERRA UTENTE Fra fase e PE si verifica un guasto con Ig inferiore a quella relativa al corto circuito la protezioneEnergia utente interviene se è differenziale elettrica 35 Sistema IT Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T Neutro Energia elettrica 36 In caso di guasto IT Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Guasto Fase R Fase S Fase T Neutro Massa dell’ apparecchio Energia elettrica 37 In caso di secondo guasto IT Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE 2° Guasto Massa del 2° apparecchio 1° Guasto Fase R Fase S Fase T Neutro Massa del 1° apparecchio Il corto circuito Energia si verifica tramite la terra elettrica 38 Leggi ELETTRICHE • DPR 547 del 1955 ( impianti elettrici nei luoghi di lavoro) • Legge 186 del 1968 (Norme CEI) • Legge 46 del 1990 (sicurezza degli impianti) • DPR 447 del 1991 Decreto di attuazione della 46/90) Energia elettrica 39 Legge 5 marzo 1990 n.46 Norme per la sicurezza negli impianti sono soggetti alla applicazione della legge • • • • • • • Impianti elettrici Impianti radiotelevisivi, elettronici e di terra Impianti di riscaldamento e climatizzazione Impianti idrosanitari Impianti per trasporto e utilizzo del gas Impianti sollevamento persone Impianti di protezione anti incendio Energia elettrica 40 Novità introdotte dalla legge • • • • • • • Soggetti abilitati Requisiti tecnico professionali Progettazione degli impianti Installazione degli impianti Dichiarazione di conformità Responsabilità Sanzioni Energia elettrica 41 Soggetti abilitati • Tutte le imprese singole o associate, regolarmente iscritte: – nel registro delle Ditte (presso Camera di Commercio) – Nell’Albo provinciale delle imprese artigiane • L’esercizio della attività è subordinato al possesso dei requisiti tecnico professionali Energia elettrica 42 Requisiti tecnico professionali • Laurea in materia tecnica specifica • Diploma di scuola secondaria superiore con specializzazione del settore specifico con periodo di 1 anno alle dirette dipendenze di un’impresa del settore • Attestato di formazione professionale con periodo di 2 anni • Operaio specializzato con periodo di 3 anni Energia elettrica 43 Installazione • Obbligo della regola d’arte • Gli impianti elettrici devono essere dotati di impianti di messa a terra e di interruttore differenziale ad alta sensibilità o di altri sistemi di protezione equivalenti, • Tutti gli impianti esistenti devono essere adeguati entro 3 anni dalla entrata in vigore della legge (13 marzo 1993) Energia elettrica 44 Impianto con collegamento a terra ENEL In diff Senza guasto In ENEL In diff Con guasto In-Ig Ig Energia elettrica 46 Impianto senza collegamento a terra ENEL In diff Senza contatto In ENEL In diff Con contatto In-Ig Ig Energia elettrica 48 Conseguenze della disposizione • La definizione alta sensibilità ( pari a 30 mA) era una convenzione per addetti ai lavori senza fondamento normativo • Manca ogni riferimento al coordinamento delle protezioni. • La questione verrà risolta dal Regolamento Energia elettrica 49 Regolamento di attuazione D.P.R. 6 dicembre 1991 n. 447 • Il regolamento fissa i limiti per la necessità del progetto e definisce le opere di adeguamento per i fabbricati e gli impianti esistenti Energia elettrica 50 Precisazioni del regolamento – Gli impianti eseguiti secondo norme CEI UNI sono a regola d’arte (o materiali CE) – Gli interruttori differenziali ad alta sensibilità vengono intesi quelli con corrente di guasto non superiore a 1A. – Per sistema di protezione equivalente si intende ogni sistema ammesso dalla norma CEI Energia elettrica 51 Precisazioni del regolamento sugli impianti esistenti • Ammesso adeguamento per fasi successive purché entro i tre anni • si considerano adeguati gli impianti che abbiano: – sezionatori e protezioni contro le sovracorrenti posti all’origine dell’impianto – protezione contro i contatti diretti – protezione contro i contatti indiretti o interruttore differenziale Energia elettricacon soglia 30 mA. 52 ENEL In diff Con terra In-Ig Ig ENEL In diff Senza terra In-Ig Ig Energia elettrica 53 Commento alla figura precedente • Il collegamento di terra (PE) unito all’interruttore differenziale ne determina l’apertura appena si verifica il guasto • Senza il PE occorre che si stabilisca il collegamento precario attraverso il corpo umano • Non tutti gli organismi presentano la stessa sopportazione al passaggio di corrente per il tempo di apertura dell’interruttore Energia elettrica 54 Valori della resistenza di terra • Secondo il DPR 547 del 27/04/1955 (sicurezza nei posti di lavoro) il valore deve essere non superiore a 20 Ohm • Secondo la norma CEI il valore deve essere coordinato con le protezioni in modo che la tensione di contatto non raggiunga valori pericolosi V=R . I Energia elettrica 55 V=R.I • Dove – V = 50 V normalmente – V = 25 V in : • cantieri • locali uso medico • ricoveri animali – I = corrente di soglia del differenziale (da 30 a 1000 mA cioè da 0,03 a 1 A) – R può allora variare tra 25/1 = 25 ohm e 50/0,03 = 1.666 Ohm Energia elettrica 56 Come ottenere una buona terra? • Dispersore verticale o picchetto • Dispersore orizzontale • Dispersore a piastra o a maglia • Plinti di fondazione Il valore dipende dalla resistività del terreno r Energia elettrica 57 Calcolo della resistenza Rd • Resistenza di un dispersore verticale: Rd = rm / L rm = Resistività media del terreno in W.m L = lunghezza dell’elemento a contatto in m. Energia elettrica 58 Calcolo della resistenza Rd • Resistenza di un dispersore orizzontale Rd = 2 . rm / L rm = Resistività media del terreno in W.m L = lunghezza dell’elemento a contatto in m. Energia elettrica 59 Calcolo della resistenza Rd • Resistenza di un sistema di elementi magliati Rd = rm / 4 . r dove r = raggio del cerchio che circoscrive la maglia in m. Energia elettrica 60 Calcolo della resistenza Rd • Ferri delle fondazioni Rd = rm / p . d V . 1,57 essendo V il volume del calcestruzzo armato a contatto con il terreno di fondazione in metri cubi dove d = 3 Energia elettrica 61 Calcolo della resistenza Rd • Dispersore a piastre rm p Rd = 4 S dove S superficie di un lato della piastra a contatto con il terreno in metri quadrati Energia elettrica 62 Resistenza Rt totale La resistenza totale è data dalla formula: 1 Rt = S i 1 Rd i Quando si può considerare che i vari elementi di Rt non si influenzino a vicenda, siano cioè distanti almeno il doppio della loro dimensione maggiore Energia elettrica 63 Determinazione della resistività • Sulla base della natura del terreno • Da misura di resistività eseguita con il metodo Wenner ( a 4 sonde) • Da misure di resistenza applicando la formula al contrario Energia elettrica 64 Resistività in funzione della natura del terreno ( valori in W.m) • • • • • • • • Terreno paludoso Argille e marne Arenarie, gessi, scisti argillosi Calcare quarz., granito, ghiaia Terreno sabbioso umido Calcare Terreno sabbioso secco Rocce Energia elettrica da 2 a 15 da 3 a 15 da 10 a 50 da 50 a 500 da 70 a 100 da 100 a 150 da 150 a 200 da 500 a 10000 65 Resistività con il metodo Wenner a a a si infiggono 4 elettrodi alla stessa distanza a e si effettua la misura con lo strumento che fornisce una lettura diretta in W della resistenza R La resistività vale : r = 2 p a R Energia elettrica (W.m) 66 Resistività con misura di resistenza con dispersore verticale rm = Rd . L con dispersore orizzontale rm = Rd . L/2 si effettua una misura di resistenza e si applica al contrario la formula per ricavare la resistività Energia elettrica 67