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L’Energia elettrica

ed il suo utilizzo

Energia elettrica 2

Fonti dell’energia

• Calore– Nucleare

– a combustibile

– a biomassa

• Chimica

• Fotovoltaica• Idrica

– salto

– fiume

– maree

• Eolica

Energia elettrica 3

Pregi e difetti nucleare

• Minore costo dell’energia

• Minore inquinamento

• Possibilità di contaminazione

• Costi elevati alla dismissione

• Difficoltà di smaltimento materiale radioattivo

Energia elettrica 4

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 5

Pregi e difetti biomassa

• Necessità di adeguata cultura

• Cattivo odore nello stoccaggio

• Tecnologia non perfezionata

• Scorie inquinate

Energia elettrica 6

Pregi e difetti chimica

• Limitata autonomia

• Estrema trasportabilità

• Necessità di ricarica

• Smaltimento complicato

• Impianti condizionati da temperatura e possibilità di esplosione

Energia elettrica 7

Pregi e difetti fotovoltaico

• Elevato costo di costruzione

• Costo di produzione nullo

• Necessità di ampi pannelli

• Rendimento funzione dell’illuminamento

Energia elettrica 8

Pregi e difetti idrico (salto)

• Necessità di un invaso

• Impatto ambientale

• Non inquinante

• Basso costo di esercizio

• Difficoltà di regolazione

Energia elettrica 9

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 10

Pregi e difetti idrico (maree)

• Costo di esercizio limitato

• Non inquinante

• Applicabile solo in alcune zone

• Grande impatto ambientale


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


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)


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


Tensioni normalizzate

• 60 kV ( distribuita all’utente)

• 150 kV (distribuita all’utente)

• 220 kV (linee interconnessione)

• 380 kV (linee dorsali)


Schema distribuzione AT/MT/bt

AT ENELAT/MT

UTENTE

UTENTEMT/bt Utente

MT/bt Utente

MT/bt Utente

Rete bt

Rete bt

Rete bt


Medie tensioni

• Sono utilizzate per la distribuzione alle grandi utenze:– stabilimenti industriali– ospedali– grandi alberghi– centri commerciali– gruppi di sale cinematografiche


Tensioni normalizzate in MT

• Per tutto il territorio nazionale: 20 kV

– eccezioni: Roma 8,4 kV– Firenze 15 kV– Milano 23 kV


Fonti di energia per un utente

• Fornitura da parte della Società erogatrice

• Gruppo elettrogeno

• Gruppo di continuità

• Cogeneratore


Impianto di utente completoENEL

Cabinatrasformazione

Gruppoelettrogeno

Rete normale

Retepreferenziale

ReteContinuità

Scambiorete-gruppo

UPS


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


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 ha autonomia di 31 (62)h


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


Costituzione di un UPS

Raddrizzatoreda alternata acontinua

Convertitoreda continua aalternata

Batterie

Rete

Carico


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


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


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


Rapporto fra Vc e Vs

Vc

Vs

30°Vc

2

Vc2

= Vs x cos30°

= Vs x 32

Vc2

= Vs x 3Vc


Schema trifase

R

TS

N

Ir

It

Is

In=Ir+Is+It=0

Ir=Is=It


Sistemi elettrici

• Dipendono dalla configurazione dell’impianto di terra.– Sistemi TN

• TN-C

• TN-S

– Sistemi TT– Sistemi IT


Sistema TN-C

ENEL

Cabina diTrasformazione

UTENTE

TERRA

Fase RFase SFase T

PEN


In caso di guasto TN-C

ENEL


UTENTE

TERRA

Fase RFase SFase T

PEN

Protezione utente

Guasto

Fra fase e PEN si verifica un corto circuito ed intervienela protezione utente

Ig

Ig


Sistema TN-S

ENEL


UTENTE

TERRA

Fase RFase SFase TNeutroPE


In caso di guasto TN-S

ENEL


UTENTE

TERRA


Protezione utente

Guasto

Fra fase e PE si verifica un corto circuito ed intervienela protezione utente

Ig

Ig


Sistema TT

ENEL


UTENTE

TERRAENEL


TERRAUTENTE


In caso di guasto TT

ENEL

Cabina diTrasformazione UTENTE

TERRAENEL


TERRAUTENTE

Protezione utente

GuastoIg

Ig

Fra fase e PE si verifica un guasto con Ig inferiore a quella relativaal corto circuito la protezione utente interviene se è differenziale


Sistema IT

ENEL


UTENTE Fase RFase SFase TNeutro


In caso di guasto IT

ENEL



Protezione utente

Guasto

Massa dell’apparecchio


In caso di secondo guasto IT

ENEL



Protezione utente

1° Guasto

Massa del 1°apparecchioMassa del 2°

apparecchio

Il corto circuito si verifica tramite la terra

2° Guasto


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)


Legge 5 marzo 1990 n.46Norme 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


Novità introdotte dalla legge

• Soggetti abilitati

• Requisiti tecnico professionali

• Progettazione degli impianti

• Installazione degli impianti

• Dichiarazione di conformità

• Responsabilità

• Sanzioni


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


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


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)

Impianto con collegamento a terra


ENEL

ENEL

In

In

In

In-Ig

Ig

diff

diff

Senza guasto

Con guasto

Impianto senza collegamento a terra


ENEL

ENEL

In

In

In

In-Ig

Ig

diff

diff

Senza contatto

Con contatto


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


Regolamento di attuazioneD.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


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


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 con soglia 30 mA.


ENEL

ENEL

In

In-Ig

In

In-Ig

Ig

diff

diff

Con terra

Senza terraIg


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


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


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


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


Calcolo della resistenza Rd

• Resistenza di un dispersore verticale:

Rd = m / L

mResistività media del terreno in .m

L = lunghezza dell’elemento a contatto in m.



• Resistenza di un dispersore orizzontale

Rd = 2 . m / L

mResistività media del terreno in .m

L = lunghezza dell’elemento a contatto in m.



• Resistenza di un sistema di elementi magliati

Rd = m / 4 . r

dove r = raggio del cerchio che circoscrive la maglia in m.



• Ferri delle fondazioni

Rd = m / . d

dove d = 3 V . 1,57

essendo V il volume del calcestruzzo armato a contatto con il terreno di fondazione in metri cubi



• Dispersore a piastre

m Rd =

4 S

dove S superficie di un lato della piastra a contatto con il terreno in metri quadrati


Resistenza Rt totale

La resistenza totale è data dalla formula:

Rt = 1

1

Rd ii

Quando si può considerare che i vari elementi di Rt non siinfluenzino a vicenda, siano cioè distanti almeno il doppio

della loro dimensione maggiore


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


Resistività in funzione della natura del terreno ( valori in .m)

• Terreno paludoso da 2 a 15

• Argille e marne da 3 a 15

• Arenarie, gessi, scisti argillosi da 10 a 50

• Calcare quarz., granito, ghiaia da 50 a 500

• Terreno sabbioso umido da 70 a 100

• Calcare da 100 a 150

• Terreno sabbioso secco da 150 a 200

• Rocce da 500 a 10000


Resistività con il metodo Wennera a a

si infiggono 4 elettrodi alla stessa distanza a e si effettua la misura con lo strumento che fornisce una lettura diretta in dellaresistenza R

La resistività vale : = 2 a R (.m)


Resistività con misura di resistenza

con dispersore verticale m = Rd . L

con dispersore orizzontale m = Rd . L/2

si effettua una misura di resistenza e si applicaal contrario la formula per ricavare la resistività

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