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Timestamp: 2016-10-28 02:58:08+00:00

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Progettazione Degli Impianti Elettrici -Appunti
BrowseBrowseInterestsBiography & MemoirBusiness & LeadershipFiction & LiteraturePolitics & EconomyHealth & WellnessSociety & CultureHappiness & Self-HelpMystery, Thriller & CrimeHistoryYoung AdultBrowse byBooksAudiobooksComicsSheet MusicBrowse allUploadSign inJoinBooksAudiobooksComicsSheet MusicIntroduzione ai principi ed ai metodi di progettazione degli impianti elettrici di media e di bassa tensione..............
Allora. norme. il progresso tecnologico. la sicurezza delle persone. Nel loro insieme. da un lato sono sempre gli stessi i principi della ﬁsica su cui si fonda il funzionamento di un impianto elettrico. in senso generale.Capitolo 1
IMPIANTI ELETTRICI. il rinnovarsi delle istanze sociali di carattere ambientale e di salvaguardia della salute richiedono un continuo aggiornamento delle disposizioni prima richiamate. la compatibilit` ambientale delle installazioa ni elettriche. il veriﬁcatore. il gestore di un impianto elettrico deve conformare la sua azione. che riguarda anche gli impianti elettrici: Regio Decreto 25 maggio 1895. 350 ”Approvazione del regolamento sulla direzione. dall’altro lato. compatibilmente con il rischio che si accompagna all’interazione dell’essere umano con un impianto elettrico. n. decreti. contabilit` e collaudazione dei lavori dello Stato” a
. la veriﬁca. regolamenti. l’installatore. e. tuttora vigente. circolari. DISPOSIZIONI LEGISLATIVE E NORME TECNICHE
1. soprattutto. L’avanzamento della conoscenza scientiﬁca.2
Risale al 1895 una legge. cambiano nel tempo quelli che si possono chiamare ”vincoli legislativi” ed ai quali il progettista. le disposizioni hanno lo scopo di assicurare il corretto funzionamento delle apparecchiature costituenti un impianto e dell’impianto nel suo insieme.1
La progettazione. la manutenzione e conduzione degli impianti elettrici sono oggetto di numerosissime leggi.
1. l’installazione.
547 ”Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro” Legge 1 marzo 1968. 791 ”Attuazione della direttiva del consiglio delle Comunit` europee (73/23/CEE) relativa alle garanzie di sicurezza che deve a possedere il materiale elettrico destinato ad essere utilizzato entro alcuni limiti di tensione”. 186 ”Disposizioni concernenti la produzione di materiali. apparecchiature. 41). sono designati quali organismi incaricati del rilascio di certiﬁcati di conformit` alle norme a – un costruttore pu` apporre il contrassegno del CEI (Fig. macchinari. che: – gli impianti elettrici devono essere realizzati e costruiti a regola d’arte. che: – l’Istituto Italiano del Marchio di Qualit` (IMQ) ` designato quale ora e ganismo incaricato del rilascio di un marchio di conformit` alle norme a (Fig. la tutela del lavoro. 35.1) ai prodotti o per cui ha dichiarato la conformit` alle norme CEI (autocertiﬁcazione) a
Alcune abbreviazioni utilizzate nel seguito – DLGS: Decreto Legislativo – DM: Decreto Ministeriale – DPR: Decreto del Presidente della Repubblica – GU: Gazzetta Uﬃciale
. in cui si stabilisce. installazioni e impianti elettrici ed elettronici”. La Costituzione della Repubblica Italiana fa sue. 1. Legge 18 ottobre 1977. 19) ”Designazione degli organismi incaricati di rilasciare certiﬁcati e marchi ai sensi della Legge 18 ottobre 1977. n. 1
Alla prima met` del secolo scorso risalgono poi alcune leggi e decreti di a rilievo per gli impianti elettrici. 176) ”Designazione del Comitato elettrotecnico italiano quale organismo italiano di normalizzazione elettrotecnica ed elettronica” DM 23 luglio 1979 (GU 21 gennaio 1980. n. disposizioni legislative e norme tecniche
Cap. in cui si stabilisce. che si riferisce (a parte speciﬁcate eccezioni) a materiale elettrico per sistemi a tensione nominale fra 50 e 1000 V in corrente alternata e fra 75 e 1500 V in corrente continua – la Direttiva 73/23/CEE ` comunemente detta ”direttiva bassa tensione” e DM 15 dicembre 1978 (GU 28 giugno 1979. facendone principi fondamentali dell’ordinamento giuridico. n. oltre allo IMQ. Disposizioni legislative fondamentali successive alla Costituzione sono: 1 DPR 27 aprile 1955. fra l’altro. e la tutela della sicurezza (articoli 32. 1.1) – l’Istituto Elettrotecnico Nazionale ”Galileo Ferraris” (IENGF) ed il Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano ”Giacinto Motta” (CESI). la tutela della salute. n. 791”. fra l’altro. n. – gli impianti elettrici ed elettronici realizzati secondo le norme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI) si considerano costruiti a regola d’arte.4
Impianti elettrici. n.
109 ”Legge quadro in materia di lavori pubblici” DPR 18 aprile 1994. n.46 ”Norme per la sicurezza degli impianti”. n. 89/656/CEE. 90/269/CEE. n. 89/ 655/CEE.1 .2
(a) Contrassegno CEI (nel rettangolo viene indicato il numero della norma a cui il prodotto ` dichiarato conforme) e
(b) Marchio IMQ di conformit` dei prodotti eleta trici alle norme CEI (uso generale)
(c) Marcatura CE
Fig. 23 della Legge n.Contrassegni e marchi
DPR 31 luglio 1980. e norme integrative dell’ordinamento del Corpo nazionale dei vigili del fuoco” Legge 5 marzo 1990. 46 in materia di sicurezza degli impianti” Legge 11 febbraio 1994. 44 ”Regolamento di attuazione della Legge 5 marzo 1990. 1. con il relativo DPR 6 dicembre 1991. n. 90/270/CEE. 392 ”Regolamento recante disciplina del procedimento di riconoscimento delle imprese ai ﬁni della installazione. 619 ”Istituzione dell’Istituto superiore per la prevenzione e la sicurezza del lavoro (art. n. n. 626 ”Attuazione delle direttive 89/391/CEE. 66. 818 ”Nullaosta provvisorio per le attivit` soggette a ai controlli di prevenzione incendi. 833 del 1978)” – la Legge 833/1978 aveva istituito il servizio sanitario nazionale Legge 7 dicembre 1984. 494 ”Attuazione della direttiva 92/57/CEE concernente le prescrizioni minime di sicurezza e di salute da attuare nei cantieri temporanei o mobili” DLGS 25 novembre 1996. n. ampliamento e trasformazione degli impianti nel rispetto delle norme di sicurezza” DLGS 19 settembre 1994. modiﬁca degli articoli 2 e 3 della Legge 4 marzo 1982. n. 626 ”Attuazione della direttiva 93/68/CEE in materia di marcatura CE del materiale elettrico destinato ad essere utiliz-
. n.§ 1. n. 90/394/CEE e 90/ 679/CEE riguardanti il miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro” DLGS 14 agosto 1996. n.
macchine. le condizioni di sicurezza. Il CENELEC prepara documenti di armonizzazione. 1
zato entro taluni limiti di tensione”. circa l’obbligo della marcatura CE (Fig.3
Il CEI ` stato fondato nel 1907 nell’ambito dell’Associazione Elettrotecnica e ed Elettronica Italiana (AEI). che devono essere (tradotte e) adottate a livello nazionale.2
1. Per lo sviluppo delle sue attivit`. Un altro importante organismo normatore per il settore elettrico. il CEI ` l’ente e istituzionale riconosciuto dallo Stato Italiano e dalla Unione Europea preposto alla normazione e all’uniﬁcazione del settore elettrotecnico ed elettronico e delle telecomunicazioni. Come indicato in precedenza.1. 1. che servono da base per l’elaborazione di norme e di regolamenti nazionali di oltre cento paesi. a il CEI si ` organizzato in Comitati Tecnici.1 Classiﬁcazione delle norme CEI
Le norme italiane sono contrassegnate dalla sigla CEI e sono classiﬁcate con un codice a due campi: il primo indica il Comitato Tecnico responsabile della
Possono essere di interesse anche alcune norme dell’Ente Nazionale Italiano di Uniﬁcazione (UNI). la veriﬁca.
1. l’installazione e la gestione degli impianti elettrici sono le norme emanate dai Comitati Tecnici (CT) del CEI indicati nella Tabella 1. installazioni e impianti elettrici ed elettronici per rispondere alla regola della buona tecnica. Esso ha il compito di preparare normative riguardanti il settore elettrotecnico che facilitino e rendano possibile lo scambio di mezzi e servizi nell’ambito dell’Unione Europea. che raggruppano pi` dell’80% della popolazione u mondiale e producono il 95% dell’energia elettrica consumata. di cui il CEI ` membro. costituita dai Comitati Elettrotecnici nazionali dalle principali nazioni. oppure direttamente norme europee.6
Impianti elettrici. deﬁnendo le caratteristiche. apparecchiature. di aﬃdabilit`.
. e si ` costituito in forma autonoma nel 1909.1) per i prodotti conformi alle direttive comunitarie. disposizioni legislative e norme tecniche
Cap. a cui le norme nazionali devono adeguarsi.3. ognuno con un proprio ambito di e competenza. La IEC prepara norme tecniche su scala mondiale. Di particolare rilevanza per la progettazione. tra e i primi enti normatori al mondo. Le norme tecniche pubblicate dal CEI stabiliscono i requisiti fondamentali che devono avere materiali. di qualit` ed i metodi di prova che garantiscono la rispondenza dei a a suddetti componenti alla regola dell’arte. Il CEI ` l’organismo nazionale italiano facente parte della International e Electrotechnical Commission (IEC). ` il Comit´ Europ´en de Normalisation Electrotecnique (CENEe e e e LEC).
ad esempio.1 . variante. e a 1500 V in c. ecc. ` anche indicata come norma CEI EN 60931-1. correnti e frequenze normali Impianti elettrici ad alta tensione e di distribuzione pubblica di bassa tensione Apparecchi per la misura dell’energia elettrica e per il controllo del carico Contrassegni dei terminali e altre identiﬁcazioni Grossa apparecchiatura Impianti elettrici di navi ed unit` ﬁsse/mobili fuori costa a (oﬀshore) Cavi per energia Apparecchiatura a bassa tensione Fusibili Condensatori Lampade e relative apparecchiature Isolatori Scaricatori Telecomunicazioni associate ai sistemi elettrici di potenza Impianti elettrici utilizzatori di bassa tensione (ﬁno a 1000 V in c.§ 1. furto.3
Tabella 1. intrusione. che a sua volta e ` tratta dalla norma IEC 931-1. grandezze e unit` (ex CT 1/24/25) a Documentazione e segni graﬁci Materiali conduttori Tensioni. ci` signiﬁca che e o essa ` la traduzione in italiano della norma europea EN 60931-1. con eventuali sottocampi (indicanti e parte. Tabella 1. la norma CEI 33-8.3 le norme europee tratte da norme della IEC sono indicate aggiungendo 60000 al numero della norma IEC.a. e
I documenti di armonizzazione sono contrassegnati dalla sigla HD. il secondo ` un numero progressivo.c. emessa dal CT 33 del CEI (cfr.Principali comitati del CEI di interesse nel campo degli impianti elettrici
Codice CT 0 CT 1/25 CT 3 CT 7 CT 8/28 CT 11 CT 13 CT 16 CT 17 CT 18 CT CT CT CT CT CT CT CT CT 20 23 32 33 34 36 37 57 64
CT 79 CT CT CT CT 81 106 205 210
Denominazione Applicazione delle Norme e testi di carattere generale Terminologia.). sabotaggio e aggressione Protezione contro i fulmini Esposizione umana ai campi elettromagnetici (ex CT 211) Sistemi bus per ediﬁci (ex CT 83) Compatibilit` elettromagnetica a
norma.) Sistemi di rilevamento e segnalazione per incendio. Cos` ı. Le norme CENELEC sono contrassegnate dalla sigla EN e sono numerate a partire da 50000.
.1) e riguardante condensatori per il rifasamento in impianti a tensione nominale ﬁno a 1000 V.
disposizioni legislative e norme tecniche
Impianti elettrici. 1
in particolare. Chi progetta una struttura elettrica produce elaborati. che verranno poi utilizzati da altri soggetti. La scelta di riferirsi ad un unico ambito per la deﬁnizione della terminologia e della simbologia non risolve completamente la questione della univocit` dei a termini. ci si riferisce. Infatti. di uno stesso termine.2
Alcune deﬁnizioni
Si riportano alcune deﬁnizioni riguardanti impianti e componenti elettrici. al linguaggio utilizzato in ambito formativo. si rileva a volte che in norme CEI diverse esistono deﬁnizioni diverse. con l’indicazione della Norma CEI da cui sono state desunte. usato in campi diversi. la documentazione di progetto.1
I termini utilizzati per la descrizione degli impianti elettrici sono spesso diversi in relazione agli ambiti in cui la descrizione stessa viene utilizzata. al linguaggio tecnico corrente. anche se equivalenti. Il riferimento per il lessico e la simbologia non pu` che essere a o costituito dalle norme CEI. Occorre allora che chi opera nel settore degli impianti elettrici abbia chiara questa possibile diﬀerenza di signiﬁcato di uno stesso termine. Questa necessit` si fa poi pi` forte a u se si considerano i risvolti legali e di assunzione di responsabilit` di ognuna delle a attivit` citate. si rimanda ad esse per ulteriori deﬁnizioni. alla terminologia e simbologia utilizzata in ambito normativo. ed ogni deﬁnizione va utilizzata solo nel campo di applicazione della norma che la pone. per la realizzazione e ` per la gestione della struttura stessa. E allora necessario che i diversi operatori possano riferirsi ad uno stesso lessico e ad una stessa simbologia.Capitolo 2
. per evitare fraintendimenti ed interpretazioni personali.
strumenti di misura. Componente elettrico CEI 11-1 Ogni elemento utilizzato per produzione. destinato ad una determinata funzione. Fanno parte dell’impianto elettrico tutti i componenti elettrici non alimentati tramite prese a spina. trasmissione.
CEI 11-1 – Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV in corrente alternata CEI 64-8/2 – Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua – Parte 2: Deﬁnizioni
. fanno parte dell’impianto elettrico anche gli apparecchi utilizzatori ﬁssi alimentati tramite prese a spina destinate unicamente alla loro alimentazione. CEI 64-8/2 Termine generale usato per indicare sia i componenti dell’impianto sia gli gli apparecchi utilizzatori. trasformatori. condutture ed apparecchi utilizzatori. anche a tensioni nominali di esercizio diverse. di interruzione. che non facciano parte di impianti di produzione. trasmissione e distribuzione. comprese le relative apparecchiature di sezionamento. trasformazione. o distribuzione di energia elettrica. condutture. Componente dell’impianto CEI 64-8/2 Ogni elemento utilizzato per la produzione. apparecchiature. trasmissione. come macchine. 2
Impianto elettrico CEI 11-1 1 Complesso di componenti elettrici. di trasformazione. Si considera come origine dell’impianto utilizzatore il punto di consegna dell’energia elettrica all’impianto stesso. dispositivi di protezione. quali: macchine. utilizzazione e distribuzione dell’energia elettrica.10
Deﬁnizioni e classiﬁcazioni
Cap. CEI 64-8/2 2 Insieme di componenti elettrici elettricamente associati al ﬁne di soddisfare a scopi speciﬁci e aventi caratteristiche coordinate. di protezione. apparecchi di protezione. apparecchiature. di manovra. trasformatori. trasformazione. ecc. strumenti di misura. in genere da una rete del distributore. Impianto utilizzatore CEI 11-1 Impianto costituito dai circuiti di alimentazione degli apparecchi utilizzatori.
CEI 64-8/2 Tensione per cui un impianto o una sua parte ` progettato. In e alcuni casi. nom oppure Un .
CEI 24-1 – Simboli letterali da utilizzare in elettrotecnica Con diﬀerenze minime 5 CEI 20-19 e CEI 20-20 ?
. Tensione nominale verso terra di un sistema CEI 11-1 e CEI 64-8/2 4 Si intende tensione nominale verso terra: – nei sistemi trifase con neutro isolato o con neutro a terra attraverso impedenza. senza punti di messa a terra. la met` della tensione nominale a Non c’` un simbolo generale per indicare la tensione nominale verso terra.§ 2. Il simbolo utilizzato per la tensione ` U. la tensione nominale – nei sistemi trifase con neutro direttamente a terra. o a corrente continua. e
Nota: La tensione reale pu` diﬀerire dalla nominale entro i limiti di tolleranza permessi. o
Per i sistemi trifase (o trifasi). la tensione stellata corrispondente alla tensione nominale – nei sistemi monofase. come ad esempio per la designazione dei cavi per energia. mentre per i valori nominali si usa di solito il e 3 La tensione nominale viene allora indicata con U pedice nom oppure n.2
Sistema elettrico CEI 11-1 Parte di impianto elettrico costituita dal complesso dei componenti elettrici aventi una determinata tensione nominale (d’esercizio). con punto di mezzo a terra. Tensione nominale CEI 11-1 Valore arrotondato appropriato della tensione utilizzata per denominare od identiﬁcare un sistema (Il termine eﬀettivamente deﬁnito ` e Tensione nominale di un sistema). si considera la tensione concatenata. CEI 64-8/2 Parte di un impianto elettrico costituito dal complesso dei componenti elettrici aventi una determinata tensione nominale.5 si utilizza il simbolo U0 . la tensione nominale – nei sistemi monofase. o a corrente continua.
dove cio` tra due punti qualsiasi e non si hanno percettibili diﬀerenze di potenziale dovute alla corrente di terra. In casi particolari si considerano masse estranee quelle suscettibili di introdurre altri potenziali. o Una parte conduttrice che pu` andare in tensione solo perch` ` in contatto o ee con la massa. 2
Massa CEI 1 6 Parte conduttrice. Massa estranea CEI 1 Parte conduttrice. che non ` in e tensione in condizioni ordinarie di isolamento ma che pu` andare in tensioo ne in caso di cedimento dell’isolamento principale. Dispersore CEI 11-1 Conduttore in contatto elettrico con il terreno. per esempio humus. ma che pu` e o andare in tensione in condizioni di guasto.
CEI 1 – Glossario / 1o elenco di termini
. non ` da considerare una massa. e che pu` essere toccata. facente parte dell’impianto elettrico. sabbia. o conduttore annegato nel calcestruzzo a contatto con il terreno attraverso un’ampia superﬁcie (per esempio una fondazione). generalmente il potenziale di terra. CEI 11-1 e CEI 64-8/2 4 Parte conduttrice non facente parte di un impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale. terriccio. non facente parte dell’impianto elettrico. suscettibile di introdurre il potenziale di terra. Terra CEI 11-1 Termine per designare il terreno sia come luogo che come materiale conduttore.12
Cap. ghiaietto e pietra. CEI 64-8/2 Il terreno come conduttore il cui potenziale elettrico in ogni punto ` convenzionalmente considerato uguale a zero. e Terra di riferimento (terra lontana) CEI 11-1 Zona della superﬁcie del terreno al di fuori dell’area di inﬂuenza di un dispersore o di un impianto di terra. e CEI 11-1 e CEI 64-8/2 4 Parte conduttrice di un componente elettrico che pu` o essere toccata e che non ` in tensione in condizioni ordinarie.
§ 2. destinato a realizzare la messa a terra di protezione e/o di funzionamento. dei collettori (o nodi) principali di terra e dei conduttori di protezione ed equipotenziali. Conduttore di protezione (PE) CEI 11-1 e 64-8/2 Conduttore prescritto per lacune misure contro i contatti indiretti per il collegamento di alcune delle seguenti parti: – masse – masse estranee – collettore (o nodo) principale di terra (negli impianti di bassa tensione – CEI 11-1) 7 – dispersore – punto di terra della sorgente o neutro artiﬁciale Conduttore di terra CEI 11-1 Conduttore che collega una parte dell’impianto che deve essere messo a terra ad un dispersore o che collega tra loro pi` dispersori. §2. schermi metallici di cavi). con lo scopo di proteggere le persone dallo shock elettrico. il termine ”bassa tensione” indica i sistemi di I categoria ed il termine ”alta tensione” indica i sistemi di II e di III catergoria – cfr.3. di conduttori di terra e di conduttori equipotenziali. Impianto di terra CEI 11-1 Sistema limitato localmente costituito da dispersori o da parti metalliche in contatto con il terreno di eﬃcacia pari a quella dei dispersori (ad esempio fondazioni di sostegni. non destinata ad essere attiva. dei conduttori di terra. CEI 64-8/2 Insieme dei dispersori.2
CEI 64-8/2 Corpo conduttore o gruppo di corpi conduttori in contatto elettrico con il terreno e che realizza un collegamento elettrico con la terra. armature. Messa a terra di protezione CEI 11-1 Messa a terra di una parte conduttrice. Messa a terra di funzionamento CEI 11-1 Messa a terra di un punto del circuito attivo richiesta per il corretto funzionamento degli impianti e dei suoi componenti elettrici. ubicato al di u fuori del terreno od interrato nel terreno e da esso isolato.
Nella Norma CEI 11-1.
CEI 64-8/2 Conduttore di protezione che collega il collettore (o nodo) principale di terra al dispersore od i dispersori tra loro. Conduttore equipotenziale CEI 11-1 Conduttore che assicura un collegamento equipotenziale. CEI 64-8/2 Conduttore di protezione destinato ad assicurare il collegamento equipotenziale. Collettore (o nodo) principale di terra CEI 64-8/2 Elemento previsto per il collegamento al dispersore dei conduttori di protezione, inclusi i conduttori equipotenziale e di terra, nonch` i e conduttori per la terra funzionale, se esistente.
Alcune classiﬁcazioni
2.3.1 Categoria dei sistemi elettrici
In relazione alla tensione nominale, i sistemi elettrici vengono suddivisi in (Norme CEI 11-1 e CEI 64-8/2) sistemi di: categoria 0 (zero), quelli a tensione nominale minore o uguale a 50 V se a corrente alternata o a 120 V se a corrente continua (non ondulata) I categoria, quelli a tensione nominale da oltre 50 V ﬁno a 1000 V compresi se a corrente alternata o da oltre 120 V ﬁno a 1500 V compresi se a corrente continua II categoria, quelli a tensione nominale oltre 1000 V se a corrente alternata o oltre 1500 V se a corrente continua, ﬁno a 30000 V compresi III categoria, quelli a tensione nominale maggiore di 30000 V Se la tensione nominale verso terra ` superiore alla tensione nominale tra le e fasi, per la classiﬁcazione del sistema si considera la tensione nominale verso terra.
2.3.2 Sistemi di I categoria
In relazione alle condizioni rispetto a terra del sistema di alimentazione e delle masse dell’impianto elettrico, ognuna rappresentata da una lettera, si possono avere tre diversi sistemi di I categoria (Norma CEI 64-8/3):
Sistema TN - un punto del sistema di alimentazione (usualmente il neutro, in c.a.) ` collegato direttamente a terra, mentre le masse dell’impianto sono e collegate a quel punto mediante il conduttore di protezione (Fig. 2.1). Inoltre, in relazione alla disposizione del conduttore di neutro e di protezione, si distinguono tre tipi di sistemi TN: TN-S, quando il conduttore di neutro e quello di protezione sono separati; TN-C, quando la funzione di neutro e quella di protezione sono combinate in un unico conduttore (PEN); TN-C-S, quando la funzione di neutro e quella di protezione sono combinate in un unico conduttore solo in una parte del sistema. Sistema TT - un punto dell’alimentazione ` collegato direttamente a terra grae zie ad un impianto di terra e le masse dell’impianto sono collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente dal primo (Fig. 2.2) 8 . Sistema IT - nessuna parte attiva del sistema di alimentazione ` collegata die 9 , mentre le masse dell’impianto sono collegate a terra rettamente a terra (Fig. 2.3).
(a) TN-C Fig. 2.1 - Sistema TN
In Italia, quando gli impianti utilizzatori sono alimentati direttamente da una rete di distribuzione pubblica (a bassa tensione), viene utilizzato il sistema TT. 9 Tutte le parti attive sono isolate da terra, oppure un punto del sistema di alimentazione ` collegato a terra mediante un’impedenza. Normalmente, come ` d’altra parte vivamente e e raccomandato dalla Norma CEI 64-8/4, nei sistemi IT il neutro non viene distribuito, poich` e un suo guasto a terra annullerebbe i vantaggi del sistema stesso.
Fig. 2.2 - Sistema TT
Fig. 2.3 - Sistema IT
2.3.3 Carichi
In relazione alle esigenze di disponibilit` dell’alimentazione, i carichi possoa no essere suddivisi in: ordinari – La mancata alimentazione degli carichi ordinari non d` luogo a sia tuazioni di pericolo per gli esseri umani n´ signiﬁcativi disagi o problemi e sugli impianti. Si tratta di carichi per servizi generali e per lavorazioni non essenziali. preferenziali – la mancata alimentazione non pregiudica la sicurezza degli esseri umani ma d` luogo a disagi e problemi sugli impianti. Sono questi i carichi a relativi a servizi/lavorazioni per i quali sono tollerate brevi interruzioni. a privilegiati – la mancata alimentazione d` luogo a condizioni di pericolo per l’uomo e per gli impianti. Si tratta di carichi relativi a servizi essenziali (quali l’illuminazione di sicurezza), a sistemi/apparecchiature con elevatissime esigenze di disponibilit`/bont` dell’alimentazione (ad esempio, appaa a rati di telecomunicazione) o la cui mancata alimentazione pu` provocare o gravi danni.
2.3.4 Servizi di sicurezza e riserva
Sono detti servizi di sicurezza quelli necessari alla sicurezza delle persone. L’alimentazione dei servizi di sicurezza (o, pi` brevemente, l’alimentazione u di sicurezza) ` quella che garantisce i servizi di sicurezza in caso di mancanza e dell’alimentazione ordinaria; essa costituisce un sistema elettrico comprendente sorgenti, circuiti ed apparecchiature. Con speciﬁche norme e/o regolamenti vengono individuate la necessit` e la natura dei servizi di sicurezza. Spetta a poi al progettista valutare se apparecchiature non destinate a fornire servizi di sicurezza, ma utili in caso di emergenza, debbano essere comprese come appartenenti ad un servizio di sicurezza.
Prende il nome di alimentazione di riserva il sistema elettrico che garantisce l’alimentazione di apparecchi utilizzatori o di parti dell’impianto di cui si vuole salvaguardare il funzionamento anche in mancanza dell’alimentazione ordinaria per motivi diversi dalla sicurezza delle persone (ad esempio. a
. per garantire la continuit` della produzione).§ 2.
). la semplicit` di esercizio. ed ` operata dal progettista in virt` delle e u caratteristiche che vuole conferire all’impianto. 1. alle norme. tuttavia. si dice e fatta secondo criteri soggettivi. l’aﬃdabilit`. quali stabilite dal e committente. In tal caso. la ﬂessibilit`. che il progettista non possa proporre scelte progettuali in deroga alle speciﬁche o anche. VV. si ` gi` trattato di disposizioni legislative e e a di norme tecniche nel cap. economico e di sicurezza. dalla normativa vigente. ecc. Una scelta progettuale ` operata secondo un criterio oggettivo quando ese sa ` determinata per rispettare speciﬁche di riferimento.1
Caratteristiche di un impianto e scelte progettuali soggettive
Le scelte progettuali discrezionali concorrono a determinare le prestazioni di un impianto elettrico. in rapporto a diverse caratteristiche dell’impianto stesso: la sicurezza.
3.F. In quanto ai criteri oggettivi. La scelta ` tra possibili alternative di carattere e tecnico. i costi. da standard tecnologici.
. Nel seguito. Queste a a a caratteristiche non sono fra loro indipendenti: una decisione progettuale che
Non si deve intendere. si illustrano i principali aspetti della prestazione di un impianto elettrico inﬂuenzati dalle scelte progettuali operate secondo criteri soggettivi. la deroga va sottoposta all’autorizzazione del caso (committente.1 Quando invece la scelta progettuale ` a discrezione del progettista..Capitolo 3
CRITERI FONDAMENTALI DELLA PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI
I criteri in base ai quali vengono eﬀettuate le scelte nella progettazione degli impianti elettrici possono essere classiﬁcati in due grandi categorie: criteri oggettivi e criteri soggettivi. eccezionalmente.
nonch` dalla presenza di carichi non lineari. l’aﬃdabilit` la a probabilit` che esso sia ancora funzionante dopo un certo tempo.1. dall’altro. la cosiddetta ”sicurezza elettrica”. la vita e e e umana va rispettata sempre ed indipendentemente dal valore economico che ad essa pu` essere attribuito. Il peso relativo e da attribuire al singolo aspetto dipende dalle esigenze e dalle caratteristiche che il progettista vuole conferire all’impianto. la sicurezza assoluta non ` raggiungibile n` per le persone n` per le cose. portando a a per` in conto il possibile buon funzionamento a seguito di riparazione. antintrusione.
. ovvero disponibilit`. a l’estensione e la durata di eventi anormali. dal che discende o che un progetto ` sempre un compromesso fra esigenze diverse. Occorre allora individuare le categorie di appartenenza degli utilizzatori. sorveglianza e controllo accessi. dipendono poi le e caratteristiche dell’alimentazione 2 . Da un lato. in relazione alle speciﬁche esigenze
Per un componente o un sistema (insieme funzionale di componenti). ` compito del progettista valutare ﬁno a o e che punto vanno estesi i provvedimenti che consentono di ridurre la possibilit`. Continuit` assoluta e caratteristiche dell’alimentazione sempre adeguate a ` non sono tecnicamente ottenibili. Quindi. La prima dipende dall’aﬃdabilit` propria dei componenti. vale per componenti non a riparabili. elevatori.
Con il termine sicurezza ci si pu` riferire ad una caratteristica propria o dell’impianto elettrico. per tutte le funzioni di alimentazione dei carichi elettrici utili alla sicurezza (carichi vitali e di sicurezza) nonch` per l’alimentae zione ed integrazione funzionale con gli impianti speciali di protezione attiva (impianti antincendio. mediante interventi di a a a manutenzione opportunamente programmati. etc. 3
tende a migliorarne uno pu` tendere a peggiorarne un altro. E allora necessario valutare le conseguenze che eventi anormali possono avere su tali caratteristiche aspetti. La disponibilit` ha la stessa deﬁnizione probabilistica dell’aﬃdabilit`. dallo schema a di rete e dalla conduzione della stessa. tenendo conto che al crescere della gravit` ed estensione di un’anomalia si riesce a soda disfare esigenze di funzionamento sempre minori.
3.). L’impianto elettrico ha peraltro anche un ruolo attivo nell’assicurare la sicurezza dell’utente.1.20
Cap. movimentazione. causa diretta o indiretta di danni. a proposito della quale vanno fatte due diverse ed opposte considerazioni.2 Qualit` a
Per qualit` si intende l’attitudine del sistema a garantire la continuit` della a a disponibilit` dell’alimentazione agli utilizzatori e la bont` dell’alimentazione a a stessa. Dallo schema di rete e dalla conduzione della stesa. La manutenibilit` o a la possibilit` di elevare il valore di aﬃdabilit`.
questi ultimi includono essenzialmente i costi di acquisto dell’energia totale. gli ammortamenti e gli interessi passivi.
3. al momento) e – permettere la possibilit` di doppie alimentazioni.§ 3. per poter decidere sulla struttura di rete e le a modalit` di conduzione della stessa capaci di garantire alle diverse categorie a l’aﬃdabilit` richiesta.3 Flessibilit` a
Si intende per ﬂessibilit` l’attitudine del sistema a a – essere adattato.1.
3. prevedendo alcune riserve nei quadri di zona (cfr. i costi di esercizio. comprensiva di quella assorbita dai carichi e delle perdite in rete per eﬀetto Joule.1. sia in condizioni normali che a in condizioni di emergenza – uniformit` delle sequenze di manovra per tutte le parti di impianto a
. interblocchi o asservimenti di diﬃcile/complessa individuazione e comprensione) – chiarezza e logicit` delle sequenze di manovra. modiﬁcato e ampliato per rispondere a nuove esigenze. Obiettivo della progettazione ` minimizzare i e costi totali. di riparazione di guasti. cio` derivazioni predisposte ma non utilizzate. di veriﬁche.1.1.§ 8).4 Semplicit` di esercizio a
La semplicit` di esercizio caratterizza la bont` di un progetto. nel rispetto di vincoli posti dalla considerazione degli altri aspetti della progettazione stessa.5 Costi
Rientrano fra i costi quelli di primo impianto. senza che ci` richieda modiﬁche sostanziali o interruzioni del servizio di durata o eccessiva (ad esempio.6 Ulteriori caratteristiche
Ulteriori alternative sono oﬀerte al progettista in relazione ad alcune caratteristiche tecnologiche. di alimentazioni di riserva a o di sicurezza – essere esercito in modo diverso da quello previsto come normale. Essa ` legata a a e essenzialmente a a – razionalit` dello schema – assenza di non necessarie complicazioni costruttive e funzionali (ad esempio. per esigenze di manutenzione. a
di aﬃdabilit` dell’alimentazione. etc.
in termini di sostituibilit` in caso di guasto (o di espansibilit` per far a a fronte a esigenze successive) attraverso l’impiego di elementi uguali utilizzati in sostituzione (o in aggiunta). 3
` Modularita ´ E modulare un progetto organizzato in un certo numero di elementi che si ripetono invariabili nell’impianto. da ci` possono ricavarsi alcuni vantaggi (ad o esempio. Integrazione Grazie all’integrazione si realizza l’unione di pi` elementi funzionali. conu seguendo un incremento delle prestazioni nonch` ottimizzazioni tecnologiche e e dimensionali.22
. Prefabbricazione Con questo termine si intende la realizzazione di un certo numero di lavorazioni direttamente in fabbrica. limitando le operazioni da compiere nel luogo di installazione riducendo il montaggio dell’impianto in un semplice assemblaggio delle parti prefabbricate in fabbrica.
Principali fasi della progettazione
1). 4. il mese. ed ` sempre riferito ad uno speciﬁcato intervallo di tempo T. P M . Registrando il valore della potenza attiva assorbita da un carico (costituito da un singolo utilizzatore. l’anno. Il diagramma di durata del carico.Capitolo 4
VALUTAZIONE DEL FABBISOGNO ELETTRICO
La missione di un impianto elettrico ` l’alimentazione dei carichi nel luogo e in cui essi si trovano. si ottiene il diagramma di carico relativo al periodo di tempo T in esame (Fig. a Elemento base della progettazione `. i motori assorbono una potenza variabile in relazione alla condizione operativa. per una adeguata durata di vita utile e con adeguate caratteristiche di qualit` dell’alimentazione. detto anche monotona di carico. 4.
. L’ascissa di un punto e della monotona di carico rappresenta il tempo cumulato complessivo durante il quale la potenza assorbita dal carico ` stata maggiore o uguale alla ordinata e ` del punto stesso (Fig. o da un gruppo gruppo di utilizzatori) per un intervallo di tempo deﬁnito. ecc. Nel diagramma di carico si riconosce il valore massimo della potenza assorbita dal carico. e sottendono la stessa area. T.1
I carichi elettrici non sono costanti. per la natura stessa dell’utilizzazione dell’energia elettrica: gli apparecchi illuminanti vengono alimentati e disalimentati in relazione alle esigenze. quindi. P M .2). pari all’energia assorbita dal carico nell periodo di tempo T. periodi di tempo tipici sono l’ora. con la potenza che essi richiedono.
4. ` un e altro tipo di diagramma che si ottiene per costruzione da quello cronologico. il giorno.. sempre con riferimento al periodo T. E facile constatare che il diagramma di carico e la monotona di carico hanno lo stesso valore massimo. il valore della potenza richiesta e dal carico e la sua evoluzione nel tempo.
Cap.1 .2 .Monotona di carico
.Diagramma di carico
viene descritto dal fattore di utilizzazione del carico massimo. nel periodo di tempo considerato: du
P (τ )dτ . Pi (4.§ 4. ` pari al rapporto fra e la massima potenza assorbita da un carico e la potenza installata: u PM .1 . u e u e Un indice legato al fattore di utilizzazione del carico massimo ` la durata e di utilizzazione del carico massimo.1 riporta il valore di fu e di du per alcuni tipi di utenza.4 0. tipicamente per i motori destinati o al sollevamento.2)
dalla deﬁnizione di du e dalla (4. nell’intervallo di tempo considerato: fu
P (τ )dτ .3)
Si osserva che du ` pari al tempo per cui un carico costantemente pari al mase simo assorbe un’energia che il carico in esame assorbe nel periodo di tempo T. pi` regolare ` il carico. du .
. La Tabella 4.5 0. I valori di du sono tabellati per le diverse tipologie di utilizzazione. deﬁnito come il rapporto fra la potenza media assorbita dal carico e la potenza massima. fu .2
Indici descrittivi e parametri dei carichi
Tabella 4.2 riporta il valore di u per alcune utilizzazioni elettriche. Per una durata di osservazione di un anno. PM
(4. residenziale rurale
fu 0.1) si ricava subito: du = T fu .4)
Anche i valori di u sono tabellati per le diverse tipologie di utilizzazione. Il fattore di utilizzazione della potenza installata. si nota che il valore di u pu` essere anche maggiore di uno. come anche della monotona a di carico.1)
Pi` prossimo a uno ` fu . PM
(4. (4.2
Il grado di regolarit` del diagramma di carico. deﬁnita come il rapporto fra l’energia assorbita dal carico e la potenza massima.3
du [h] 4380 3500 2630
4. u.Alcuni valori degli indici di carico – T = 1 anno = 8760 h
tipo di utenza industriale commerciale. la Tabella 4.
` deﬁnito come il a e rapporto fra la potenza massima assorbita dal complesso dei carichi e la somma delle potenze massime assorbite da ciascun carico: fc PcM . Risulta sempre fc ≤ 1. la condizione fc = 1 si ha quando i massimi dei singoli carichi hanno luogo in uno stesso istante.Alcuni valori del fattore di contemporaneit` a
tipo di utenza ospedali alberghi.3 per alcuni esempi). in cui il valore asintotico varia leggermente in relazione al tenore di vita medio nel quartiere considerato. 4
Tabella 4.00 3.
Tabella 4.8 0. scuole lavorazione del marmo mense
fc 0.15 0.75 0. Il fattore di contemporaneit` `. anche in analogia.00
Il fattore di contemporaneit` di un gruppo di carichi.5)
in cui n ` il numero dei carichi che compongono il complesso in esame (si veda e la Fig. tabellato per i diversi tipi di a e utilizzazioni elettriche (cfr.4. Ad esempio. o oppure pu` valutare il valore del fattore di contemporaneit` a partire dalo a la esatta conoscenza dei diagrammi di carico delle singole utilizzazioni attive nell’impianto da progettare. Tab. il progettista pu` fare riferimento a tali tabelle.4
. n M k=1 Pk (4.6 0.28
Cap.6 0. Per una speciﬁca applicazione. 4.3 per un esempio).3 . per quartieri residenziali ` stata determinata la e curva asintotica riportata in Fig. 4. 4. pure esso.05 1.00 0.Alcuni valori del fattore di utilizzazione della potenza installata
tipo di utilizzazione forno elettrico punto luce in abitazione presa a spina oltre 10 A in abitazione presa a spina oltre 10 A in laboratorio/negozio condizionamento centralizzato motore dell’ascensore
u 1. Il fattore di contemporaneit` decresce al crescere del numero di gruppi di a carichi omogenei.2 . fc . dal momento che il massimo del diagramma della somma di pi` carichi non pu` essere maggiore della somma u o dei massimi dei singoli carichi.
PcM = 0 .§ 4. 4.4 .82 + P2M + P3M
Fig.Fattore di contemporaneit` a
Fig. 4.Fattore di contemporaneit` per utenze residenziali a
o e molto lentamente.3
Potenza di dimensionamento e suo sviluppo nel tempo
Uno degli aspetti caratterizzanti il dimensionamento di un impianto elettrico ` la potenza massima richiesta dal carico.4
Carichi ordinari. si pu` a o risalire alla potenza massima assorbita nelle singole sezioni di impianto e dal complesso delle utenze presso l’utilizzatore. richiede dati e procedure diverse a seconda che gli utilizzatori siano noti a priori oppure siano noti solo nelle caratteristiche generali. L’utilizzo di serie storiche e dei fabbisogni di energia di utenze simili a quelle da servire con l’impianto in esame.30
Cap. nel tempo. Dalla conoscenza dei fattori di utilizzazione della potenza installata e dei fattori di contemporaneit`. preferenziali e privilegiati
La valutazione del fabbisogno in impianti utilizzatori va fatta distintamente per i carichi ordinari. aumento di questa nel corso degli anni. Diverso ` il caso di utilizzatori non noti a priori.
4. ` e invece necessario decidere del dimensionamento iniziale e degli eventuali futuri potenziamenti. 2 Poich`. 4
Ci` non signiﬁca necessariamente dimensionare l’impianto elettrico assumendo come vao lore della potenza massima quello previsto nel corso della vita utile dell’impianto stesso. per dimensionare correttamente dall’inizio l’impianto stesso 1 . La conoscenza della potenza massima richiesta dai carichi. Inﬁne. per ognuna delle utenze da servire. e le utenze di un quartiere residenziale in una zona di nuova urbanizzazione sono un esempio del secondo caso. gli stabilimenti industriali sono un esempio del primo caso. Eventuali ampliamenti gi` previsti a o prevedibili indicano inﬁne quali maggiori potenze portare in conto da subito e/o quali predisposizioni per futuri ampliamenti realizzare. occorre conoscere le potenze installate delle singole macchine (o di gruppi di macchine). preferenziali e privilegiati (cfr. consente di prevedere i fabbisogni futuri di energia elettrica. Sulla base della previsione del fattore di utilizzazione della potenza massima 2 . Per gli utilizzatori noti a priori. e della sua evoluzione nel tempo. la previsione viene ottenuta con alta precisione. normalmente annui. ed occorre tener conto del pose sibile. insieme alla considerazione di parametri economici il cui valore viene ipotizzato sulla base di previsioni di sviluppo. ed il suo andamento negli anni. la forma del diagramma di carico varia poco. o prevedibile. §2). la conoscenza dei fattori di contemporaneit` consente di valutare la potenza massima di dimensionamento a per ogni sezione di impianto. per una data tipologia di utenze.
. dall’energia annua richiesta si ottiene il valore della potenza massima annua richiesta.
gli impianti di condizionamento e di riscaldamento generali. non supera i 15 s. questi ultimi possono essere computati anche fra i carichi preferenziali.§ 4. gli ascensori. segnalazioni e sistemi antincendio.2 Carichi preferenziali
Sono carichi preferenziali quelli relativi a servizi/lavorazioni per i quali sono tollerate brevi interruzioni. il servizio di illuminazione di riserva di altri locali.4.
4. preferenziali e privilegiati
4. la carica delle batterie. in mancanza di alimentazione ordinaria. sistemi di controllo continuo con televisione a circuito chiuso.4. e ` E da osservare che. Si tratta di carichi relativi a servizi essenziali. o uscite. Si pensi.1 Carichi ordinari
Rientrano fra i carichi ordinari quelli per servizi generali e per lavorazioni non essenziali. Interruzioni elettriche per questi utilizzatori sono tollerabili anche per un tempo relativamente lungo (ordine delle ore) ed possibile attendere il ripristino dell’alimentazione ordinaria o l’intervento del servizio di manutenzione per la sostituzione dei componenti guasti. Il tempo di ripristino dell’alimentazione ` da deﬁnirsi caso per caso. l’autonomia del gruppo pu` essere a o resa praticamente illimitata se. i servizi di illuminazione di passaggi. scale e locali particolari. quale un gruppo elettrogeno. esso viene alimentato da una sorgente prevista per i carichi privilegiati. tipicamente. ad esempio. ascensori.
4.3 Carichi privilegiati
I carichi privilegiati sono quelli che garantiscono i servizi di sicurezza. Per questi utilizzatori si pu` ritenere accettabile la mancanza di alimentazione per o una durata non superiore a 20 s. sistemi di allarme e di sorveglianza.4. l’illuminazione ordinaria di interni ed esterni.
. per garantire un’adeguata autonomia all’alimentazione dei carichi privilegiati. l’elaborazione e la trasmissione dei dati. cabine elettriche). le prese di corrente per alimentazioni ordinarie. sistemi di telecomunicazione. a sistemi/apparecchiature con elevatissime esigenze di disponibilit`/bont` dell’alimentazione o la cui mancata a a alimentazione pu` provocare gravi danni: illuminazione di sicurezza (scale. i sistemi di riscaldamento e di condizionamento di particolari locali. ad un gruppo statico di continuit` che a garantisce un’alimentazione di continuit`. calcolatori per la raccolta.4
Carichi ordinari. i servizi di illuminazione ridotta per evitare paura e panico. cercapersone.
5.1 sono riassunti gli schemi tipici degli impianti di distribuzione. Nella Tabella 5. dei valori della tensione nelle diverse sezioni e del numero dei centri di alimentazione. con l’indicazione della categoria dei sistemi in cui vengono normalmente adottati e dell’ambito di applicazione.Tipici schemi di rete per i sistemi di distribuzione
tipo radiale semplice radiale doppio anello banking a maglie o magliato a congiungenti
categoria I (BT) II (MT) × × × (raro) × × × × × ×
applicazione distribuzione impianti pubblica utilizzatori × × × × × × × ×
SCELTA DELLA STRUTTURA DEL SISTEMA
La scelta della struttura di un impianto di distribuzione comporta la scelta dello schema di rete.1
La scelta dello schema di rete si basa fondamentalmente sulla considerazione delle esigenze di aﬃdabilit` dell’alimentazione (disponibilit` e qualit`) delle a a a utenze da alimentare.1 .
la cui caratteristica peu e culiare ` quella di essere unico il percorso che collega un carico al centro di e alimentazione. conservando di tale a
Tabella 5. 5
(a) A dorsali
(b) MT con cabine di smistamento Fig.1 Reti radiali
Radiale semplice La pi` semplice struttura di rete ` quella radiale. 5.1.univocit` della direzione a dei ﬂussi di potenza .facilit` di esercizio a
svantaggi .Reti radiali semplici
5. I vantaggi e gli svantaggi di una rete radiale sono riassunti nella Tabella 5. 5. un altro esempio ` quello di reti radiali e in media tensione che alimentano cabine MT/BT attraverso cabine nodali di smistamento (Fig. quello della scarsa qualit` del servizio.Vantaggi e svantaggi delle reti radiali
vantaggi .modesta qualit` del servizio a .34
Cap.1a).1b). che ` e la rete stessa. 5.2 . Un esempio ` quello della rete con dorsali (linee principali) che si dipartono dal centro di e alimentazione. Le realizzazioni di una rete radiale sono molteplici.
Radiale doppio Con il radiale doppio si cerca di ovviare ad uno svantaggio dello schema radiale semplice. dal punto di vista circuitale.diﬃcolt` di ampliamenti a
.2. esiste un solo albero di rete. ed utilizzato sia in bassa tensione che in media tensione.economicit` dell’installazione a .1 . ognuna con proprie derivazioni (Fig.
con diverso numero e posizione delle commutazioni possibili. cio` tale da non dar luogo e e a maglie chiuse. 5. ??) si garantiscono elevate
5. mantenendo pi` alta che nel radiale semplice la u disponibilit` dell’alimentazione ai carichi.2 sono illustrati alcuni schemi radiali doppi. tuttavia.2 Reti ad anello
Con le reti ad anello (Fig. si riesce a far fronte al fuori servizio di un componente della rete.2
Scelta dei livelli di tensione e del numero dei centri di alimentazione
(a) Due livelli di commutazione
(b) Tre livelli di commutazione Fig. grazie alle commutazioni. La conduzione di uno schema radiale doppio ` sempre in radiale. In tal modo.Reti radiali doppie
(c) Commutazione solo MT
schema i vantaggi. per garantire condizioni di buon funzionamento in ogni possibile conﬁgurazione. ` possibile riconﬁgurare e il circuito e fare in modo che un carico possa essere alimentato con pi` di u un percorso alternativo.2 .1. 5.2
La scelta dei livelli di tensione e del numero e dell’ubicazione dei centri di alimentazione ` determinata da: e
. Le possibili conﬁgurazioni di uno a schema radiale doppio vanno considerate al momento del dimensionamento delle linee e delle protezioni.§ 5.
5. Nella Fig.
6%. La Norma CEI 11-1 indica come valori normalizzati quelli di 3. Nella Tabella 5. Il concetto di centro di alimentazione ` ricorsivo. e nel secondo caso dello |380−220 3| 100 = 0. Il raggio d’azione di un centro di alimentazione ` dato dalla lunghezza media di linee (in radiale) e che dal centro di alimentazione giungono alla periferia dell’area servita dal centro stesso. nel senso e che un centro di alimentazione pu` raggruppare altri centri di alimentazione. o Cos` una cabina MT/BT ` centro di alimentazione per tutti i carichi in BT ı. in particolare nei sistemi di distribuzione pubblica. ` quello della superﬁcie d’azione di un centro di alimentazione. deﬁnibile come e l’area alimentata con linee che si dipartono dal centro stesso. Una legge ` gerarchicamente superiore ad una norma tecnica. Per una data tensione e tipo di sistema (monofase o trifase). Centri di alimentazione Per ”centro di alimentazione” si intende il punto di connessione comune di un gruppo di carichi. che impone i valori normali delle tensioni (nominali) delle reti di distribuzione (pubblica) di 125/220 V e 220/380 V nei sistemi di I categoria a tensione non inferiore a 100 V. Concetto fondamentale. nella pratica. stabilisce quali valori normali della tensione nominale negli stessi sistemi i valori di 230/400 V. Sottesa a queste deﬁnizioni ` l’idea che un centro di alimentazione e venga ubicato in prossimit` del baricentro dei carichi. 10.3 a
Si noti l’approssimazione insita nella deﬁnizione di legge. √ primo caso si ha un errore nel √ dello |220−125 3| 100 = 1. e ed in Italia i valori normali sono quelli previsti dalla Legge citata. non esiste una legge che ne stabilisca valori normalizzati. 5
esigenze degli utilizzatori densit` di carico a estensione degli impianti vincoli posti dalla societ` di distribuzione pubblica (per gli impianti utiliza zatori)
Livelli di tensione possibili Va ricordato che in Italia vige la Legge 105/1949. 220 380
. 15 (sconsigliato). Per quanto riguarda i sistemi di II categoria. il valore ottimale della superﬁcie d’azione di un centro di alimentazione dipende fortemente dal tipo di conduttori utilizzati e dalla densit` di carico. ci` pu` non a o o avvenire. ed una stazione AT/MT ` un centro di alimentazione e per tutte le cabine MT/BT da essa alimentate. c’` e una tendenza ad utilizzare il 20 kV nei sistemi di distribuzione pubblica. e serviti dal quella cabina. la Norma CEI 8-6. 3%.36
Cap. nell’ambito della normalizzazione europea. 30 kV (e ci sono eccezioni). 6. 20.1 D’altra parte.
prese per usi generali. la cui estensione va valutata caso per caso. da altri quadri. a loro volta alimentati da altri quadri. la distribuzione ` organizzata in livelli.3 .2
Tabella 5. in funzione del tipo (ad esempio.§ 5. il cui numero ottimale dipende e dalle esigenze di selettivit` (cfr. per diversi tipi di conduttori e diverse densit` di carico. a
Raggruppamento dei carichi negli impianti utilizzatori Nell’ambito degli impianti utilizzatori. nella zona. 1 − 1 M V A/km2 )
Sistemi di II categoria 2–3 km linee in cavo a 10 kV ed elevata densit` di carico a
ﬁno a 20–30 km
linee aeree a 20 kV e bassa densit` di carico a
sono riportati i valori indicativi del raggio d’azione ottimale per sistemi di distribuzione pubblica. impianto di illuminazione. che investe tutto l’impianto. ﬁno al quadro generale. ` servita da un quadro di zona da cui si dipartono le linee dedicate e ai singoli carichi o ai gruppi. con linee diverse per ciascun circuito. relativo alle tre tipologie di utilizzazione. tale concetto conﬂuisce nella determinazione del raggruppamento dei carichi e del numero dei livelli di distribuzione. i carichi vengono raggruppati in zone in funzione della localizzazione. § ??) e dai costi legati al numero di quadri a
. il riferimento ` a una struttura radiale. Per ciascun circuito. ecc. e.). questa aggregazione ` necessaria per individuare i carichi da alimentare con le diverse sorgenti e di alimentazione. utilizzatori ﬁssi. Per i sistemi di I categoria. e La prima aggregazione. I quadri di zona vengono alimentati. Ogni zona di carico. preferenziali. ` quella relativa alla e classiﬁcazione dei carichi in ordinari. che raggruppano pi` quadri di u zona.Valori indicativi del raggio d’azione ottimale nella distribuzione pubblica
Sistemi di I categoria 150–250 m linee in cavo ed elevata densit` di carico a (3 − 10 M V A/km2 ) 300–400 m linee in cavo e media densit` di carico a (1 − 3 M V A/km2 ) linee aeree e bassa densit` di carico a (0. privilegiati. il concetto di raggio d’azione del centro di alimentazione si pu` validamente applicare per i sistemi di II e III o categoria. In tal modo.
. come e riportato nell’esempio di Fig.Valori indicativi della tensione di allacciamento
potenza impegnata dall’utenza ﬁno a 100 kVA da 0. le Norme CEI distinguono due tipi di alimentaa zione di emergenza: l’alimentazione dei servizi di sicurezza e l’alimentazione di riserva. l’impianto utilizzatore non sar` alimentato solo quando entrambe le linee sarana no fuori servizio.4 . per ovvie questioni economiche relative alla rete di distribuzione (impianto ed esercizio). 5
Tabella 5. Le eﬀettive condizioni sono da valutare caso per caso. L’allacciamento di un impianto utilizzatore alla rete di distribuzione pubblica ` sottoposto ad un vincolo che riguarda la categoria del sistema a cui la e connessione pu` avvenire.2 sono riportati i valori indicativi limite delle potenze (apparenti) impegnate per l’allacciamento a sistemi di diversa categoria. Nella Tabella 5. Quando si voglia garantire all’impianto utilizzatore un’aﬃdabilit` a della fornitura maggiore di quella che pu` essere garantita da una singola alio mentazione. al crescere della potenza impegnata da un o impianto utilizzatore la societ` di distribuzione richiede che l’allacciamento ava venga a tensioni via via crescenti. Un’altra possibilit` ` quella della connessione ad un livello ae di tensione superiore rispetto a quello stabilito dall’impegno di potenza. Un valore tipico del numero di livelli ` tre. ecc. derivate da punti diversi della rete di distribuzione.1 a 5 MVA oltre 5 MVA
distribuzione pubblica I categoria II categoria III categoria
ed allo sviluppo delle linee. Nel caso dell’alimentazione di sicurezza si distingue se il loro inserimento richieda l’intervento di un operatore o sia automatica. e possono variare in relazione alle caratteristiche locali delle reti di distribuzione. e tale evento ha probabilit` inferiore a quella del fuori–servizio a di una sola linea (purch` le due linee di alimentazione siano derivate da punti e diversi della rete). Come gi` introdotto in § 2. Infatti. Carichi preferenziali e privilegiati Per tutti i carichi per i quali indispensabile mantenere il servizio anche in caso di interruzione nell’alimentazione di rete. Sorgenti di alimentazione di un impianto utilizzatore Carichi ordinari L’alimentazione dei carichi ordinari viene garantita con la connessione alla distribuzione pubblica e/o attraverso proprio impianto di generazione. occorre disporre di una sorgente ausiliaria.38
Cap. si pu` prevedere di alimentare l’impianto stesso con pi` linee (di o u solito due).. alla utilizzazione corrente delle reti. In tal modo. ??. detta genericamente di ”emergenza”.
Salvo il caso dei componenti elettrici con batterie di accumulatori incorporate
. 15 0. bisogna disporre di opportuni convertitori. se i carichi sono in corrente alternata. comuni ad entrambi i tipi di sorgenti di alimentazione. Una sorgente di alimentazione dei servizi di sicurezza deve anzitutto provvedere all’alimentazione di sicurezza. Oltre a potenza. In altri casi si possono avere circuiti separati (per esempio per le luci di sicurezza) in modo che il circuito di sicurezza possa essere alimentato direttamente in corrente continua. caratteristica ulteriore di quelle destinate ad alimentare i servizi di sicurezza ` l’autonomia.5 .4 Per quanto riguarda le sorgenti di alimentazione. 5 0. interviene il gruppo elettrogeno. aﬃdabilit`.2
Tabella 5. se la mancata alimentazione si prolunga.§ 5. caa ratteristiche nominali e tempo entro cui essere disponibili. Nel caso di gruppi elettrogeni. Per l’alimentazione e a dei servizi di sicurezza sono ammesse le seguenti sorgenti (Norma CEI 64/8-3) – batterie di accumulatori – pile – altri generatori indipendenti dall’alimentazione ordinaria – linea di alimentazione eﬀettivamente indipendente da quella ordinaria Normalmente. se richiesta. che possono essere rotanti o statici. si devono valutare separatamente le caratteristiche delle sorgenti per l’alimentazione dei servizi di sicurezza e per quella di riserva. sono usate batterie di accumulatori o gruppi elettrogeni. invece.Alimentazione automatica dei servizi di sicurezza
tipo di continuit` 2 a ad interruzione brevissima ad interruzione breve ad interruzione media ad interruzione lunga
attesa τ per la disponibilit` [s] a 0 τ ≤ 0. e pu` alio mentare altri carichi solo se vi ` disponibilit` di potenza 3 . si associano due sorgenti: accumulatori con convertitore assicurano l’intervento immediato e sostengono interruzioni dell’alimentazione ordinaria di durata limitata. intesa come la durata dell’alie mentazione che esse garantiscono. 5 < τ ≤ 15 15 < τ
automatica dei servizi di sicurezza ` classiﬁcata in base al tempo entro cui ` e e disponibile secondo quanto riportato nella Tabella 5. 15 < τ ≤ 0. Talvolta. Nel primo caso bisogna tenere presente che la sorgente in corrente continua: pertanto. Il gruppo elettrogeno richiede tempi di intervento alquanto lunghi. il generatore fornisce direttamente corrente alternata ed ` equipaggiato con opportune regolazioni di tensione e di free quenza.
Cap. oppure controllando la presenza del carburante.
. i livelli dei lubriﬁcanti e del liquido di raﬀreddamento e provando l’avviamento dei gruppi ad intervalli periodici nel caso di gruppi elettrogeni. 5
Le sorgenti di emergenza deve essere tenute sempre in eﬃcienza. controllando lo stato di carica e la manutenzione dei vari elementi nel caso delle batterie di accumulatori.
` detta corrente attiva e vale e If = Icosϕ. La componente della e corrente in fase con la tensione. (6.Capitolo 6
6. i carichi assorbono potenza attiva e potenza reattiva.
. Iq . la prima viene trasformata nella forma che serve all’utilizzazione e d` luogo a a lavoro utile. 6. If .1.1 .Tensione e corrente di carico.1)
mentre la componente della corrente in quadratura con la tensione. in cui il valore dello sfasamento ϕ ` positivo. (6. si pu` dare e o una rappresentazione fasoriale della relazione tra tensione e corrente come in Fig.2)
Fig. 6. ` detta e corrente reattiva e vale Iq = Isenϕ. ` il caso di richiamare che se u(t) = 2U senωt ` la tensione ai capi di E e √ un carico e i(t) = 2Isen(ωt − ϕ) ` la corrente da esso assorbita. mentre la seconda rappresenta una potenza a valor medio nullo scambiata pendolarmente fra generazione e√ carico.1
2). (6. per il quale si ha: f attore di potenza ≡ cosϕ = cosarctan Q . la potenza attiva assorbita dal carico: P = U Icosϕ. le reattanze longitudinali delle linee assorbono potenza reattiva induttiva.5)
Nella Tabella 6.4) La richiesta di potenza reattiva ` di solito di carattere induttivo. (6. 6
p (t ) = a (t ) + r (t ) a (t ) = UI cos ϕ (1 − cos 2ω t )
r (t ) = UI sen ϕ cos (2ω t + π 2 )
Fig. che ` pari a U Isenϕ (cfr. 6. e Fig. e la sua ampiezza ` il valore e assoluto della potenza reattiva assorbita dal carico.2 . in particolare ai trasformatori ed alle linee.
Si noti che le capacit` trasversali delle linee assorbono potenza reattiva capacitiva.
La potenza istantanea assorbita ` p(t) = v(t)i(t) = 2U Isenωtsen(ωt − ϕ). proporzionale al quadrato della corrente che le attraversa.1 sono riportati i valori del fattore di potenza (in ritardo) per alcuni carichi. o 2 Il primo addendo non assume mai valori negativi ed ha valore medio nel periodo pari a U Icosϕ.3)
Il secondo addendo ha invece valor medio nullo.Potenza in corrente alternata. e che si pu` porre nella forma p(t) = U Icosϕ(1 − cos2ωt) + U Isenϕcos(2ωt + π ).1 Al coseno dello sfasamento fra tensione e corrente si d` il nome di fattore a di potenza. Q = U Isenϕ = U Iq . proa porzionale al quadrato della tensione applicata.
Cap. essa ` da ascrie e vere ai carichi e ad alcuni componenti del sistema. 6. P (6.
da questa relazione appare evidente l’inﬂuenza della corrente reattiva sulle perdite Joule.6) pu` essere scritta come o
2 2 PJ = R(If + If
1 sen2 ϕ 2 ) = RIf .3 . 45 a vuoto 0. 6.Fattore di potenza per alcuni carichi e componenti
carico/componente motori asincroni forni a induzione lampade a scarica trasformatori
cosϕ (induttivo) a vuoto 0. 6. 6. sono date da:
2 2 PJ = RI 2 = R(If + Iq ).2
Eﬀetti delle correnti reattive induttive
La circolazione di correnti reattive. 2ϕ cos cos2 ϕ
(6.§ 6. la circolazione di correnti reattive fa s` che a ı aumentano le perdite per eﬀetto Joule.3. 10 ÷ 0. Per comprendere quali siano questi eﬀetti. 10 0. 70 ÷ 0.
(6. PJ . in particolare induttive.3 le perdite Joule.2
Tabella 6.Un semplice sistema elettrico. 60 ÷ 0. 75 alta frequenza ≤ 0. La (6.2.
6. nel circuito di Fig. si faccia riferimento al semplice circuito di Fig. 20 a pieno carico 0. 30 ÷ 0.1 Perdite Joule
A parit` di correnti attive. negli impianti elettrici ` causa di un’ampliﬁcazione degli eﬀetti e delle conseguenze della cire colazione di corrente in generale.
.1 . 10 ÷ 0. Infatti. 20
6. 80 bassa frequenza 0.7)
come risulta evidente dalla relazione seguente (cfr.2. secondo la relazione : o P M = U Iz cosϕ.2 Cadute di tensione
Ancora ragionando a parit` di correnti attive. in assegnate condizioni di posa.3): ∆U = RIcosϕ + XIsenϕ = RIf + XIq . 6. 6. pu` trasmettere una potenza o attiva che decresce al decrescere del fattore di potenza all’arrivo.9)
Per quanto riguarda le linee. Una linea di data sezione.
6. che. con la circolazione di correnti a reattive induttive aumentano le cadute di tensione. cresce al a crescere della potenza reattiva da erogare: S= P 2 + Q2 .Perdite per eﬀetto Joule e cosϕ. esse sono dimensionate sulla base del massimo riscaldamento ammissibile e della massima caduta di tensione. (6. Fig. Si consideri infatti che generatori e trasformatori sono dimensionati sulla base della potenza apparente.3 Utilizzazione degli impianti
La circolazione di correnti reattive comporta una cattiva utilizzazione degli impianti.4 0. 6.44
PJ 7 RI f 2 6
5 4 3 2 1 0 0.2. 6
1. (6. In relazione alla portata della linea.0
Fig. a tensione costante. S. a partit` di potenza attiva. Iz . 6.6 0.4 riporta il graﬁco del PJ rapporto RI 2 fra le perdite Joule e le perdite Joule a cosϕ unitario.
Per un dato valore di potenza attiva assorbita dall’utilizzatore.8)
6. (6. e per cui si possa avere un assegnato valore massimo di caduta di tensione. e quindi.4 .10)
.3 pu` assorbire dipende linearmente dal cosϕ. la Fig. la potenza attiva massima che l’utilizzatore di Fig. per un dato valore di If .8
(6. la generazione di potenza reattiva comporta una riduzione delle correnti circolanti a monte del punto di installazione del generatore stesso. I M .3
Mezzi per la produzione di potenza reattiva induttiva
Il contenimento delle correnti reattive circolanti in un rete si pu` conseguire o generando potenza reattiva quanto pi` vicino possibile al luogo di assorbimento. Si deﬁnisce rifasamento l’insieme degli a interventi che comportano un aumento del fattore di potenza in una sezione di rete realizzati con lo scopo di ridurre. le correnti circolanti in rete.
In relazione alla massima caduta di tensione ammessa.0 0.6 0. 6.§ 6.12). in valore relativo rispetto al valore corrispondente al cosϕ unitario.6 0.
6. ∆U M . la Fig.8 0. Per produrre potenza reattiva induttiva possono essere utilizzati i seguenti mezzi: compensatori sincroni – Sono macchine sincrone. che non sono trascinate da alcun motore primo e non trascinano alcuna macchina
Assumendo costante la tensione ai capi dell’utilizzatore. in parallelo alla rete.0
Fig.5 . ` funzione di cosϕ o e secondo la relazione (cfr.0 0. Nelle reti radiali. u in particolare in prossimit` dei carichi.4 0.8): IM = ∆U M = Xsenϕ + Rcosϕ X ∆U M 1 − cos2 ϕ + Rcosϕ .0
P M [pu]
0.10) e (6.11) ` pari a: e PM = U ∆U M X 1 − cos2 ϕ + Rcosϕ cosϕ.2 0. la massima corrente (ohmico–induttiva) che pu` ﬂuire nella linea. a parit` di potenza attiva in transia to.11)
La potenza attiva massima che l’utilizzatore pu` assorbire con la corrente o massima data dalla (6. 6.3
∆U M Iz
cosϕ 1.Massima potenza attiva e cosϕ.5 riporta un tipico graﬁco delle P M espresse dalle (6.4 0.2 0. (6.
operatrice. tre condensatori disposti a stella. tre condensatori a e triangolo. le installazioni sono trifase. Nell’analisi e progettazione del e rifasamento. per potenze elevate. Di fatto. (6. un condensatore di capacit` C assora be una potenza reattiva capacitiva Qc (equivalente ad una generazione di potenza reattiva induttiva) pari a:2 Qc = ωCU 2 . In sovraeccitazione.15).15)
Dalle (6. Sotto una tensione sinusoidale di a valore eﬃcace U e di pulsazione ω. (6. per cui si pu` ritenere nulla la potenza attiva scambiata con la o rete.14)
in cui U ` il valore eﬃcace della tensione concatenata. Nei sistemi di I categoria. a parit` di tensione concatenata e di poa tenza reattiva assorbita. un a condensatore da√ inserire a triangolo deve essere dimensionato per una tensione nominale 3 volte pi` grande. per ragioni economiche nelle reti di distribuzione i compensatori sincroni non vengono utilizzati. un condensatore assorbe anche una potenza attiva pari a Qc tanδ.13)
In un’installazione trifase. assorbono una potenza a Qc = 3ωC U 2 . ed u in particolare in prossimit` dei carichi. Nei sistemi di II categoria. si hanno u installazioni monofase o trifase. I condensatori di rifasamento sono adoperati singolarmente.46
Cap. risulta che. ciascuno di capacit` C . a stella per tensioni superiori. condensatori (statici) – Sono il mezzo principe per eﬀettuare il rifasamento nelle reti di distribuzione. ciascuno di capacit` CY assorbono complessivamente una potenza pari a a Qc = 3ωCY U √ 3
= ωCY U 2 . un compensatore sincrono eroga potenza reattiva induttiva. d’altra parte.
(6. o in batteria. tuttavia.
Oltre alla potenza reattiva Qc . la regolazione dell’eccitazione consente di regolare la quantit` di a potenza reattiva induttiva generata.14)-(6. usualmente a triangolo. per potenze modeste. Risulta relativamente semplice ed economico installare batterie di condensatori nei punti pi` opportuni di una rete. a triangolo o a stella per sistemi ﬁno a 10 kV. la potenza attiva assorbita dai condensatori viene trascurata. un condensatore per inserzione a stella deve avere una capacit` tripla di uno per inserzione a triangolo. in cui tanδ ` l’angolo di perdita del condensatore.
17). Quindi. sorgenti di corrente a frequenze multiple della fondamentale sono da ascrivere alla sempre pi` diﬀusa presenza di apparecu chiature elettriche di natura non-lineare (apparati in tecnica elettronica. e Armoniche Una conﬁgurazione circuitale con un condensatore ideale di capacit` C in a parallelo ad un induttore ideale di induttanza L presenta una pulsazione di risonanza (parallela). e Nei sistemi di distribuzione.
. la componente di tensione a tale frequenza ai capi del cappio condensatore/impedenza di rete pu` diventare considerevole.4. pari a ωr = 1 . come pure il transitorio conseguente alla sua inserzione in rete. ecc. l’ammettenza del cappio ` minima. con ripercussioni sia sul o condensatore che sulla rete di a cui esso ` connesso. XL (6.§ 6.1 Inserzione
L’installazione di un condensatore.3
Si vedano al proposito le norme emanate dal CT 33 del CEI. Il circuito che si realizza ` caratterizzato da una pulsazione di risonanza (parallela) pari a e ωr = 1 =ω LC XC . Nella realt`. LC (6.17)
in cui XC ` la reattanza capacitiva del condensatore alla frequenza fondae mentale. Si consideri allora un condensatore e connesso in un punto di una rete che presenta (secondo il principio del generatore equivalente di corrente – Norton) un’impedenza equivalente alla pulsazione fondamentale ω di tipo ohmico–induttivo. le dovute a contromisure. comportano modiﬁche delle caratteristiche della rete e/o sollecitazioni sul condensatore stesso e sul sistema elettrico a cui ` connesso. pari a R + j XL .4
Inserzione e disinserzione dei condensatori di rifasamento
6. se necessario. nell’installazione di condensatori di rifasamento occorre porre particolare attenzione agli eﬀetti di ampliﬁcazione di distorsioni armoniche gi` eventualmente presenti in rete.4
6. l’inevitabile presenza di resistenze sia nel ramo capacitivo che in quello a induttivo fa s` che l’ammettenza non sia mai nulla. ı allora. alla frequenza di risonanza. Se nella rete a cui il condensatore ` connesso ci sono sorgenti di e corrente a frequenza uguale (o prossima) a quella di risonanza espressa dalla (6. ωr . il cappio parallelo presenta un’ammettenza nulla. forni ad arco. adottando.16)
a tale pulsazione.).
Fig. Assumendo che
Fig. 6. 6. il modulo della tensione ai capi del carico ` pari a e U2 U1 − RP + XQ .
Aumento della tensione Si consideri il semplice circuito di Fig. Un (6.6 .20)
Corrente di inserzione Il transitorio conseguente all’inserzione di un condensatore pu` essere stuo diato con riferimento al circuito di Fig. positiva.48
Cap.7.Circuito per la valutazione della corrente di inserzione. il modulo della tensione ai capi del carico diventa U2 U1 − RP + X (Q − Qc ) .Inserzione di un condensatore ai capi di un utilizzatore. del modulo della tensione sul carico a seguito dell’inserzione del condensatore vale allora.7 .6. Un (6. a parit` di tensione U1 e r a ∆U2 = XQc .18)
con il condensatore. 6. Senza il condensatore. Un (6. 6.19)
– – – – – la
e(t) = EM cosωt l’interruttore ideale venga chiuso all’istante t = 0 il condensatore sia inizialmente scarico la resistenza R sia trascurabile la caduta di tensione a regime sull’impedenza R + jωL sia trascurabile tensione ai capi del condensatore ha l’espressione uC (t) = EM cosωt − EM cosωr t.16). vale u ωr ˆ IS = ωCEM + ωr CEM = ωCEM 1 + ω = √ ωr 2IN 1 + . Normalmente. in quanto l’induttanza L1 ` ordini di e grandezza pi` piccola di L.8(a). e si assumano le stesse ipotesi del caso precedente. 6. La pulsazione di risonanza del cappio che si realizza alla chiusura dell’interruttore vale (cfr. 6. ω (6.26a)
.8(b)) ωrs = 1 .22)
in cui IN ` la corrente (eﬃcace) nominale del condensatore.21)
in cui ωr ` dato dalla (6.21) rispetto al tempo e moltiplie cando per C si ottiene la corrente nel circuito: i(t) = −ωCEM senωt + ωr CEM senωr t. Per la valutazione della massima corrente possibile di inserzione nel caso di un condensatore che venga inserito in parallelo ad un altro condensatore gi` a connesso alla rete.§ 6. in cui L1 rappresenta l’induttanza totale del collegamento fra i condensatori.23) pu` porsi allora nella o forma approssimata ˆ IS √ ωr 2IN ω = √ 1 2IN √ ω LC IN 2S . nelle e reti di trasmissione/distribuzione risulta ωr ω. (6. ˆ Il pi` alto valore di cresta possibile della i(t). C0 + C1 (6. Questa pulsazione caratterizza allora tensione e u corrente nel cappio L1 Cs di Fig.24)
in cui S ` la potenza di cortocircuito nel punto di installazione e Q ` la potenza e e del condensatore. L1 Cs Cs = C0 C1 . 6. si faccia riferimento alla Fig.25)
ed ` ordini di grandezza maggiore della pulsazione di rete e della pulsazione e di risonanza con l’induttanza di rete. Fig. (6. Derivando la (6. la (6.23) (6. Q (6.8(b): u(t) = EM (1 − cosωrs t).
5 Tali dispositivi devono essere rigidamente connessi all’unit` capacitiva (non ci possono essere fusibili. Si noti che. comunque.Corrente all’inserzione di un condensatore in parallelo ad altri gi` energizzati a
i(t) = ωrs Cs EM senωrs . il picco della corrente vale √ ˆ IS = 2E √ Cs 2E =√ . Sia per motivi di sicurezza delle persone che per esigenze funzionali legati alle sollecitazioni sui condensatori pu` essere necessario disporre di resistori in parallelo al condensatore che ne o garantiscano la scarica in un tempo e ad un valore prestabiliti.50
Cap. Scarica dei condensatori Dopo la sconnessione dalla rete. Tale dia spositivo di scarica pu` essere anche costituito dall’apparecchiatura elettrica a o
Obbligatoriamente per condensatori in impianti di I categoria dotati di fusibili. interruttori a o altre apparecchiature di sezionamento fra il dispositivo e l’unit`).26b)
(6. prima della manipolazione dei condensatori occorre provvedere alla messa in cortocircuito dei terminali fra loro e a terra. un condensatore si trova carico alla massima tensione impressa dall’alimentazione. 6
(b) Equivalente nei primi istanti dopo la chiusura
Fig. L1 XC XL
(6. 6. con l’eventuale inserzione di resistori o induttori.27)
ˆ Il valore di IS dovrebbe essere limitato4 al valore massimo di 100IN . Ai ﬁni della sicurezza delle persone.8 .
. le Norme CEI emanate dal CT 33 stabiliscono che ciascuna unit` capacitiva deve essere dotata di dispositivi che ne a √ permettono la scarica dal valore di picco pari a 2Un ﬁno a 75 V entro un tempo massimo di 3 min per installazioni in sistemi di I categoria e di 10 min per installazioni in sistemi di II categoria.
debba essere rialimentato.28) uC (t) = UM e− RC . Per questo motivo.29)
in cui UR ` la tensione residua ammessa e tmax ` il tempo di scarica ammesso. e e Dalla (6.Disalimentazione di un condensatore e resistore di scarica.30). pena il pagamento di penalit`. Ci` pu` richiedere valori di resistenza di scarica inferiori a quelli o o dettati dalla (6.5
Il rifasamento negli impianti utilizzatori
Come si ` visto. in particolare in ritardo. l’assorbimento da parte degli utilizzatori di correnti sfae sate rispetto alla tensione. Con riferimento alla Fig. L’Autorit` per l’Energia ed il Gas. autorit` indipendente con funzioni a a a
. Secondo quanto stabilito dalle Norme CEI.
6. E’ facile veriﬁcare quale ` il a e valore minimo di resistenza di un resistore posto in parallelo ad un condensatore che ne garantisca la scarica richiesta quando il condensatore viene sconnesso dall’alimentazione. ` noto che. ` richiesto che all’atto della energizzazione e la tensione residua ai capi del condensatore non superi il 10% della tensione nominale. deve essere: √ tmax UR ≥ 2Un e− RC . gi` sconnesso. oppure l’inserzione di dispositivi di scarica addizionali nel caso di sistemi automatici. a Per evitare sollecitazioni eccessive.
cui l’unit` capacitiva sia direttamente collegata. un utilizzatore alimentato da una rete di distribuzione pubblica e che assorba una potenza rilevante pu` essere obbligato dal gestore della rete di distribuzione a garantire o che il suo fattore di potenza non sia troppo basso. ha ripercussioni negative sulla rete che alimenta l’utilizzatore stesso. dopo l’apertura e dell’interruttore.30) R≤ C ln 2Un
` E possibile che un condensatore.29 deriva che tmax 1 √ . (6. 6. 6.9.5
Fig.9 . `: e t (6.§ 6.
Molto spesso. ` deﬁnito come e cosϕmm cos arctan Wr Wa . dal pagamento delle penali per energia o reattiva in eccesso. nel caso di impianti utilizzatori con propria rete di distribuzione di estensione signiﬁcativa.90 l’energia reattiva assorbita in un mese ` e il 48% della corrispondente energia attiva. rispettivamente. des ` il valore del cosϕmm che si vuole ottenere. altri fattori concorrono a determinare le scelte di rifasamento.
(6. dalla (6.33)
6. occorre produrre con i condensatori un’energia reattiva Wci tale che: cos arctan
i Wr − Wci i Wa
= cosϕmm. e
. ` evidente che.5. occorre infatti considerare che la circolazione di correnti reattive induttive ha eﬀetti negativi anche all’interno della rete dell’utilizzatore. questi possono essere ricavati dalle fatture per la fornitura di energia elettrica. da questo punto di vista. in prima battuta. Con un cosϕmm pari a 0. occorre conoscere i valori delle energie attive e reattive assorbite mensilmente. allora.6 Quindi. e l’intervento di rifasamento pu` tendere a mitigare anche tali eﬀetti.9. prevede che l’esercente una rete di distribuzione possa applicare un tale tipo di penale quando il valore medio mensile del fattore di potenza sia inferiore a 0.52
Cap. o Per determinare il valore minimo della potenza della batteria di condensatori necessaria ad evitare il pagamento di penali. des ) . Invero. Oltre alle penali per energia reattiva assorbita. Nel mese i − mo. il rifasamento rie sulta conveniente solo se i suoi costi sono minori delle penali in cui si incorre senza di esso (come usualmente accade).31)
in cui Wa e Wr sono le energie attiva e reattiva assorbite in un mese.32) si e ricava facilmente che
i Wci = Wa (tanϕmm − tanϕmm. gli esercenti le reti di distribuzione pubblica impongono una penale quando l’energia reattiva mensile ` maggiore del 50% di quella attiva. Il fattore di potenza medio mensile. des . l’interesse ad eﬀettuare interventi di rifasamento in un impianto utilizzatore pu derivare`.32)
in cui cosϕmm.1 Rifasamento centralizzato a potenza ﬁssa
Il modo pi` semplice per ottenere tale energia reattiva ` di installare condenu e satori a valle del punto di consegna che rimangano permanentemente inseriti. (6.
(6. 6
di regolazione e di controllo dei settori dellenergia elettrica e del gas istituita con la Legge 481/95. cosϕmm .
pu` risultare diﬃcile (e o costoso) seguire le variazioni di assorbimento per utilizzatori con assorbimento variabile. pu` o o accadere che con la potenza Qc espressa della (6. con una tale soluzione possono risultare elevati i costi di installazione e basse le ore di utilizzazione della potenza rifasante installata. che consiste nel generare con un condensatore la potenza reattiva richiesta da ogni singola utilizzazione elettrica direttamente ai morsetti della stessa.3 Rifasamento per gruppi
Una soluzione di rifasamento che si pu` pensare intermedia fra quella distrio buita e quella centralizzata ` il rifasamento per gruppi di carichi alimentati da e una stessa linea. e la potenza reattiva capacitiva che mediamente nel mese equilibra la potenza reattiva capacitiva ai ﬁni di un corretto cosϕmm. non ci sarebbe circolazione di correnti reattive in alcuna parte dell’impianto. des pu` o tuttavia risultare. oltre a quello del contenimento delle penali per energia reattiva in eccesso. 6. D’altro canto. Rispetto al rifasamento u
E rappresentativo di un assorbimento mediamente capacitivo
Tuttavia. occorre adottare altre soluzioni. spesso richiesto dalla societa di distribuzione.10). la potenza dei condensatori necessaria `: e Qc = max
Wci . infatti. maggiore degli assorbimenti di reattivo induttivo da parte delle utilizzazioni elettriche.34).5. che la potenza reattiva assorbita non sia mai capacitiva. hi
(6. o da pi` linee in uno stesso reparto. in qualche momento. Nel caso la soluzione con condensatori permanentemente inseriti non sia attuabile. Un altro possibile motivo di inaccetabilit` di una socosϕmm troppo basso a luzione con condensatori permanentemente inseriti risiede nel requisito. Se allora hi ` il numero di ore di funzionamento nel e mese i − mo. che pure ` la minima e necessaria in uno (o pi`) mesi dell’anno.5
intendendo con ci` condensatori che sono alimentati ogniqualvolta ` alimentao e to l’impianto utilizzatore. alimentando cos` il condensatore ogniqualvolta ` ı e alimentata l’utilizzazione (Fig. si abbia in un qualche altro mese un u 7 .2 Rifasamento distribuito
La soluzione ideale per conseguire al massimo i beneﬁci del rifasamento ` e quella del rifasamento distribuito.
6. una tale soluzione pu` non essere attuabile.§ 6.5. inoltre. In tal caso. L’adozione di soluzioni diverse da quella con condensatori permanentemente inseriti subito a valle del punto di consegna si impone anche quando si vogliano conseguire altri obiettivi. In primo luogo.
ma non consente di ottenere gli stessi vantaggi. tale soluzione ha costi di installazione minori. e non si consegue alcun beneﬁcio nella rete di distribuzione interna. Frae zionando la potenza rifasante installata totale su pi` condensatori/batterie. Eventualmente.5. 6.Potenze attive e reattiva.
6. con condensatori permanentemente inseriti. per la potenza reattiva residua. si procede ad un rifasamento residuo per gruppi.54
Cap.5 Rifasamento misto
Una via spesso praticata negli impianti utilizzatori di dimensioni signiﬁcative ` il rifasamento misto.
6. si devono aﬀrontare i costi degli automatismi.10 .4 Rifasamento centralizzato a potenza modulata
La soluzione di rifasamento opposta a quella distribuita consiste nell’installazione di condensatori a valle del punto di consegna. una soluzione con la quale si cerca di conseguire e i vantaggi delle tre soluzioni sopra illustrate. Di quella a potenza ﬁssa. si modula (per livelli discreti) la potenza reattiva capacitiva asservendone il valore alla potenza reattiva induttiva assorbita dalle utilizzazioni. e u prevedendo adeguati automatismi di inserzione e disinserzione dei singoli conensatori/batterie. Si procede rifasando direttamente i carichi con pi` elevato assorbimento u di potenza reattiva.5. cercando di mitigarne gli svantaggi. si attua un rifasamento centralizzato a potenza modulata. si ` detto in precedenza. Inﬁne. Di contro. Si conseguono i vantaggi di un’elevata precisione della regolazione della potenza reattiva netta assorbita ai ﬁni del rispetto dei vincoli contrattuali con la societ` di distribuzione (penali – vincolo di natura mai capacitiva) e di basa so costo delle batterie di condensatori. 6
. in quanto permane una certa circolazione di correnti reattive.
l’obiettivo che guida gli interventi di rifasamento ` quello della massimizzazione del vantaggio economico netto.
. sulle sbarre MT delle stazioni AT/MT).6
Il rifasamento nei sistemi di distribuzione pubblica
6. quali si potrebbero determinare per circolazione di correnti capacitive. pari e alla diﬀerenza fra il vantaggio legato alla riduzione delle perdite per eﬀetto Joule e l’onere economico legato all’installazione dei condensatori. lungo le linee in MT.§ 6.6
Nei sistemi di distribuzione pubblica. ponendo attenzione a che nei momenti di basso carico (ore notturne e festive) non si abbiano tensioni troppo alte. A tale scopo. permanentemente inseriti e/o modulabili. le societ` di distribuzione provvedono all’installazione di condensatori in diversi a punti delle reti (sulle sbarre di BT delle cabine MT/BT.
Si intende per calcolo elettrico – nel progetto di un impianto. il calcolo elettrico di progetto deve portare. temperatura ambiente. la determinazione delle sezioni dei conduttori nelle diverse parti di impianto compatibili con le cadute di tensione ammissibili e le correnti di impiego.
7. Il costo da minimizzare pu` anche quello annuo. – nel calcolo di veriﬁca. portata e sezione dei conduttori
Per il buon funzionamento dell’impianto si richiede che la temperatura di nessun componente superi il massimo valore consentito in esercizio continuativo. in termini generali. per un impianto gi` esistente. per garantire la prescritta durata di vita utile.) porta a una deﬁnita temperatura della linea (conduttore o guaina metallica.
. oppure. nel caso
1 Il costo totale di impianto ` pari alla somma del costo iniziale e del costo di esercizio e (per perdite Joule) sostenuto durante tutta la vita economica dell’impianto. pari alla somma dell’onere patrimoniale annuo e dei o costi annui di esercizio. che ` il massimo valore di corrente che. la veriﬁca del rispetto di determinate condizioni sulle cadute di tensione e sulle portate dei conduttori Come ogni calcolo di dimensionamento.1
Corrente di impiego. In particolare per le linee. ` e noto che dalla massima temperatura di servizio dipende la portata della linea. la a compatibilit` delle sezioni delle diverse parti dell’impianto con le condizioni di a buon funzionamento dell’impianto stesso e delle utenze alimentate. circolando con continuit` in determinae a te condizioni ambientali (modalit` di posa. ecc. alla determinazione delle sezioni dei conduttori nelle diverse parti dell’impianto che minimizzano il costo totale di impianto 1 e che garantiscano il buon funzionamento sia dell’impianto stesso che delle utilizzazioni elettriche da esso alimentate. Con il calcolo di veriﬁca si valuta invece.
7. e la frequenza ` pari a quella nominale. la corrente di ima piego Ib `. tali variazioni vanno adeguatamente compensate o limitate. In assegnate e e condizioni di posa e per una assegnata massima temperatura di servizio. La massima variazione di cdt si pu` computare con riferimento alle cono dizioni nominali di massimo carico.1. rappresentativo di un carico variabile fra un
Quando sia nota la forma del diagramma ricorrente della corrente che interessa una linea in cavo. di solito. ` possibile adottare per la Ib un valore inferiore al valore massimo della corrente.1). (7. occorre che sia: Ib ≤ Iz . dovuta a alla variabilit` degli assorbimenti da parte degli utilizzatori. degli assorbimenti da parte dei carichi determina una corrispondente variazione della caduta di tensione (cdt) sulle impedenze serie delle linee e dei trasformatori.2
Variazione di tensione e caduta di tensione
Il buon funzionamento delle apparecchiature elettriche ` garantito quando e (il modulo del-) la tensione ai capi delle stesse non si discosta molto dal valore nominale. 7
di isolamento minerale) ad assumere il valore massimo consentito. il minimo valore commercialmente disponibile della (o delle) sezione che soddisfa la (7. 7.
. anche notevole. Tuttavia.1) in cui Ib ` la corrente di impiego della linea e Iz ` la sua portata. e di carico minimo. In relazione alla variabilit` delle correnti che circolano in una linea. da una condizione di funzionamento ad un’altra. della tensione ai capi delle utilizzazione elettriche.2)
Tale funzione pu` essere nota in forma analitica o in forma tabellare. (7. la variazione. La conseguenza ` la variae zione.1) si dice determinato secondo il criterio termico. In fase progettuale. Si faccia riferimento al semplice circuito di Fig.3 Nella Tabella 7.1 sono e illustrati gli eﬀetti di tensioni minori o maggiori di quella nominale su alcune apparecchiature elettriche. grazie ad o essa ` possibile determinare la sezione (o le sezioni) minima compatibile con il e vincolo sulla portata (7. di cui si tratta nell’analisi dei sottosistemi di produzione e di trasmissione.58
Cap. e 3 Non si aﬀrontano qui gli aspetti della variabilit` della frequenza e delle strutture di a controllo preposte alla regolazione della stessa. posta pari al valore massimo della corrente che in essa pu` e o circolare. la portata ` funzione (crescente) della sola sezione del conduttore: e Iz = Iz (S). Per garantirsi allora che la temperatura di una linea si mantenga entro i valori prescritti.
. 7. A carico minimo.1 . mentre a carico massimo `: e ∆Umax = Imax (Req cosϕmax + Xeq senϕmax ). Nel riquadro tratteggiato ` indicato il bipolo attivo e equivalente alla Thevenin visto dai morsetti dell’utilizzatore.2
Tabella 7.Tensioni ai morsetti e condizioni di carico.riduzione della coppia massima . (7. la cdt ` pari a: e ∆Umin = Imin (Req cosϕmin + Xeq senϕmin ).Eﬀetti di un valore non nominale della tensione. la tensione ai capi dell’utilizzatore passa dal valore UImin = E − ∆Umin . (7.6) (7.3)
Passando dalla condizione di carico minimo a quella di carico massimo. al valore UImax = E − ∆Umax .§ 7.4) (7.possibili surriscaldamenti
aumento della corrente di avviamento
minimo ed un massimo.1 .5)
lampade a incandescenza lampade a scarica
U < Un riduzione del ﬂusso luminoso spegnimento (per
diminuzione signiﬁcativa. anche di breve durata)
U > Un riduzione della vita
A tale cdt si far` riferimento a nel seguito. corrispondente al passaggio dalle condizione di circuito scarico a quella a carico massimo. in cui la tensione di o alimentazione si possa esprimere come E = E0 + βIG . Nei termini del circuito di Fig. ci` signiﬁca (ai soli ﬁni della valutazione delle variazioni di tensione o a regime. si assume cio` che il carico minimo sia nullo. (7. (7. in quanto essa ` e una misura (approssimata per eccesso) della variazione della tensione ai capi dell’utilizzatore (a tensione impressa costante). facendole assumere un valore almeno costante (in condizioni stazionarie) con la corrente erogata. qui di interesse) diminuire fortemente il valore dell’impedenza serie del bipolo attivo equivalente visto da un qualunque punto della rete a valle del trasformatore. 7. Viene poi spesso adottata una legge di controllo del variatore di rapporto sotto carico grazie alla quale la tensione ai morsetti MT del trasformatore AT/MT cresce al crescere della corrente erogata.
7.2. coincide in modulo con la cdt a carico massimo.9)
Si faccia poi l’ipotesi che le correnti dei carichi varino in maniera omotetica: ognuna cio` ` una quota ﬁssa della corrente totale erogata dal generatore: ee
Ij = αj IG . 7.60
αj = 1. 7.3. Si compensa cos` sia la variazione della tensione al primario ı del trasformatore sia la cdt sulla sua impedenza serie. si compensa cos` anche parte ı della cdt nella rete a valle del trasformatore. grazie ai trasformatori AT/MT dotati di variatore di rapporto sotto carico. Per comprendere gli eﬀetti di una tale regolazione sulla tensione ai capi degli utilizzatori nella rete a valle del trasformatore. 7
con una variazione pari a UImax − UImin = −∆Umax + ∆Umin . Ne discende che la massima variazioe ne di tensione.7)
Di regola.1.2 (la considerazione di una rete in corrente alternata pu` essere fatta dopo lo studio del Cap.
αj > 0 ∀ j. si riesce a regolare la tensione ai morsetti MT.1 Regolazione della tensione
Sistemi di II categoria Nelle reti di II categoria (MT). da valutarsi considerando la rete solo ﬁno ai morsetti MT del trasformatore. la cdt relativa alle condizioni di carico minimo viene trascurata. Ecco allora che la cdt a carico massimo assume particolare rilievo. si faccia riferimento al semplice caso della rete in corrente continua rappresentata in Fig.1).
al crescere della corrente.
. minore che in assenza della regolazione della tensione comandata in corrente: la tensione diminuisce all’aumentrare della corrente. la tensione sul carico aumenta se β > Rk . Sistemi di I categoria Nelle reti di I categoria non esistono mezzi propriamente detti di regolazione della tensione. e normalmente meno stringenti. rimane costante se β = Rk . 7.2 .10)
1 ˜ = E0 + (β − Rk )Ik . ma meno di quanto avverrebbe senza la regolazione detta. In conclusione.3. Essi sono invece
˜ quindi. Per ragioni di carattere pratico ed economico.
(7.§ 7. Per i carichi ˜ per cui β < Rk .Regolazione della tensione (in corrente continua). i trasformatori MT/BT non sono dotati di variatore di rapporto sotto carico. 7. nelle reti MT le questioni legate alla cdt sono meno rilevanti. l’equivalente del sistema di alimentazione (comprensivo della per cui β > R regolazione della tensione) ` caratterizzato da una resistenza equivalente negae tiva. Ponendo poi ˜ diminuisce se β < R Rk. l’equivalente di rete presenta resistenza positiva. αk
1 ˜ (Rk − β).12)
della (7. la tensione ai capi del k − mo carico vale
Ek = E − R1 + R2
αj + · · · + Rk
αj IG = (7. Per i carichi o ˜ k . che nelle reti BT. con un aumento della tensione all’aumentare della corrente. ˜ k . grazie alla regolazione della tensione.2
Con tali posizioni. αk in cui ˜ Rk = R1 + R2
αj .10) si pu` dare la rappresentazione circuitale della Fig.
tali parametri sono spesso determinati prima della scelta delle sezioni).62
Cap. Occorre allora provvedere a che le cdt siano contenute. il materiale conduttore e le condizioni di posa di tutte le linee dell’impianto (in sede di progetto. la resistenza e la reattanza longitudinali di fase (alla sequenza diretta) della linea
. sulla loro sezione.3
Caduta di tensione e sezione dei conduttori
La dipendenza della cdt su una linea dalla sezione dei conduttori ` oge getto di attenzione nella scelta/veriﬁca della sezione in relazione ad eventuali prescrizioni sulla cdt ammessa. sull’uso (ove possibile) di trasformatori MT/BT a bassa tensione di corto circuito. in particolare intervenendo sulla lunghezza delle linee. Un ulteriore provvedimento ` di solito adottato. ±10%. mentre ` decisamente meno marcata la e e dipendenza della reattanza. 7. o anche meno): la predisposizione della presa del variatore a vuoto per avere a vuoto una tensione al secondario maggiore di quella nominale (di solito del 5%). 7. 7. si assuma che siano assegnate la lunghezza.4 ` riportato l’andamento della resistenza e e reattanza (alla sequenza diretta) per unit` di lunghezza di una linea in cavo a tripolare per MT con conduttori di rame. Per focalizzare l’attenzione sulle sole sezioni. La dipendenza della cdt dalla sezione deriva dalla corrispondente dipendenza dei parametri di linea. si nota come la variazione della resistenza con la sezione ` molto marcata. che consente di tener conto del valore medio della tensione di alimentazione nel punto di installazione. negli impianti utilizzatori di I categoria si raccomanda (Norma CEI 64-8/5) che la cdt tra l’origine dell’impianto e qualunque apparecchio utilizzatore non sia maggiore del 4% della tensione nominale. Ad esempio.Bipolo equivalente ai morsetti di carico (cfr.
7. Fig. Nella Fig. Per una assegnata temperatura dei conduttori.3 . 7
dotati di variatore di rapporto a vuoto.2). che concorre con quelli su esposti a mantenere la tensioe ne agli utilizzatori entro una tolleranza accettabile rispetto al valore nominale (usualmente.
Per assegnate correnti. (7.0
r. la funzione ∆Umax (S) consente di valutare se le sezioni gi` note ed assegnate siano compatibili con il vincolo stesso.§ 7. a
dipendono allora solo dalle sezioni dei conduttori. (7. per cui la R ` massima. esistono limitazioni alla cdt. e a – correnti massime. Indichiamo come massima la pi` grande fra le cdt ai morsetti u degli utilizzatori.14)
Ai ﬁni della valutazione della ∆Umax si assumono due ipotesi sulle condizioni operative dell’impianto: – temperatura dei conduttori pari alla massima temperatura di servizio.3. § 7. la sezione commercialmente disponibile e di valore non inferiore a quello cos` calcolato si dice determinata secondo il ı criterio elettrico. la cdt in un qualunque punto dell’impianto ` alloe ra funzione della sezione (sezioni) dei conduttori.4 . per questa potremo scrivere.1 Calcolo della caduta di tensione
Si ricorda la nota formula della cdt su una linea che alimenta un carico di estremit`. Punti notevoli dell’impianto sono i morsetti dei singoli utilizzatori. La funzione ∆Umax (S) ` decrescente con la sezione. nelle ipotesi dette: ∆Umax = ∆Umax (R. in termini generali: R = R(S). Grazie ad essa. In fase di veriﬁca.Resistenza e reattanza per unit` di lunghezza. per i quali. a
7. X = X(S). per sistemi monofase o trifase in regime simmetrico e nell’ipotesi di a
¡ ¢ r
0.2). ove prescritti. x /km]
1. a parit` di sezione. per i motivi indicati a proposito della valutazione della massima variazione di tensione (cfr. in fase e di progetto ` possibile valutare per quale sezione la massima cdt nell’impianto e ` pari a quella massima ammissibile. X) = ∆Umax (S).5
interessate a due correnti (virtuali) diverse. Z 2 I 2 /2Uarrivo . sono relative ad un solo conduttore). (7. per k si ha: k= 2 per sistemi monofase. Trascurare tale termine signiﬁca. che. tutte necessarie per il corretto dimensionamento/veriﬁca.64
Cap. R ed X. puramente induttiva.15) come la somma di due cdt aventi luogo in due linee (virtuali) diverse.16)
prendono rispettivamente il nome di momento della componente in fase e della componente in quadratura della corrente rispetto all’inizio della linea (sorgente di alimentazione). nell’altra linea. con gli usuali valori di resistenza e reattanza di linea riscontrabili nei sistemi di I e II categoria e con carichi ohmico-induttivi. di fatto. Risulta: ∆U = ∆Uf + ∆Uq = kRIcosϕ + kXIsenϕ. 7. Una linea puramente resistiva ` sede della circolazione della sola componente in fase della corrente. Nella (7.
. r ed x sono rispettivamante resistenza e reattanza (alla sequenza diretta) per unit` di lunghezza ed ` la lunghezza della linea (di un a e solo conduttore – resistenza e reattanza. circola la sola a componente in quadratura della corrente.
4 Si ricordi che nell’espressione riportata si trascura un termine.15)
in cui le grandezze Mf ed Mq . (7. e che d` luogo alla cdt ∆Uf .5).17)
Pu` risultare comodo per gli sviluppi successivi rappresentare la cdt espreso sa dalla (7.18)
Nel seguito. (7. non supera il 5% della cdt.
trascurabilit` delle ammettenze trasversali:4 a ∆U k(RIcosϕ + XIsenϕ) = k(r Icosϕ + x Isenϕ) = k(rMf + xMq ). (7. Mf = Icosϕ.Caduta di tensione per correnti in fase ed in quadratura.5 . 7
Fig. Mq = Isenϕ.15). verranno prese in considerazione alcune tipiche conﬁgurazioni di rete per determinare le correnti circolanti nelle diverse sezioni e la funzione (o le funzioni) ∆Umax = ∆Umax (S). 7. e si ha la cdt ∆Uq (Fig. √ 3 per sistemi trifase. ritenere in fase fra loro la tensione in partenza linea e quella in arrivo.
` evidente che la massima cdt si ha sull’ultimo carico:5 e
T ∆Umax = ∆Un .21) si ` inteso che i singoli diagrammi di carico reattivo presentino il e massimo insieme a quello dei relativi diagrammi di carico attivo e siano tali da presentare lo stesso fattore di contemporaneit` che si ha per i diagrammi di attivo. Nelle (7.21)
in cui fc.§ 7.6 .20)
t e ¯ ¯t in cui fc. 7. si faccia riferimento al caso raprresentato nella Tabella 7. a
Linea con carichi lungo il percorso
Si consideri il caso di una linea che alimenta alcuni carichi lungo il percorso.
(7. che riporta i moduli delle correnti assorbite in 12 ore da dieci carichi. 7. per comprenderne il diverso comportamento all’avvicinarsi alla sorgente di alimentazione.2.19)
¯ Si indichi con Iit la corrente circolante nell’i − mo tronco della linea.4
Fig.20) e (7. i ` il fattore di contemporaneit` del gruppo di correnti Ii e Ii+1 . i ` il fattore di contemporaneit` del gruppo costituito dai carichi e a 6 La distinzione fra i due tipi di fattori di contemporaneit` sar` i. in cui sono riportate anche le distanze e parziali (Li ) e totali ( i ). . .6.
(7. . i + 1. Le a correnti circolanti nei singoli tronchi si possono anche esprimere come n
¯ Iit = fc. . i
¯ Ij . a a utile nel seguito.Carichi concentrati lungo il percorso.
7. Con semplici calcoli (condotti assumendo che i carichi abbiano tutti lo stesso fattore di potenza) si possono ottenere i risultati rappresentati nella
Si ricordi che i carichi sono ipotizzati tutti ohmico-induttivi. Si ha:
t ¯ ¯ ¯t Iit = fc. il caso ` rappresentato nella Fig. i (Ii + Ii+1 ).
n−1 (In−1 cosϕn−1 + In cosϕn ). 7. segno della a crescente regolarit` dei diagrammi di corrente in tronchi sempre pi` vicini alla a u sorgente di alimentazione.
(7. avvicinandosi alla sorgente di alimentazione (cio`.2 . 7. n−1 (In−1 cosϕn−1 + In cosϕn ). 7. Si riconosce che. e per valori di i sempre pi` piccoli nella Fig.22a)
= fc.2.22b)
t t t t In−1 senϕt n−1 = fc.7.
= fc.
£ ©¨ ¡
(7. ` E noto che lo sfasamento tra le tensioni dei nodi ai capi di un tronco di linea pu` essere normalmente trascurato. 7.7 . a
£§ ¢ ¡ £¦ ¢ ¡ £¥ ¢ ¡ £¤ ¢ ¡ £ ¢ ¡
. n−1 (In−1 senϕn−1 + In senϕn ).8) si pu` allora scrivere o
t t t t In−1 cosϕt n−1 = fc.6). n−1 (In−1 senϕn−1 + In senϕn ). il fattore fc tende invece ad approssimarsi all’unit`. 7
Tabella 7. mentre il fattore fc tende u t a diminuire.66
Cap.Un esempio di carichi concentrati lungo il percorso di una linea
t 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
I1 13 12 11 15 18 37 24 36 21 15 17 10
I2 6 41 1 30 62 8 24 29 11 20 45 41
I3 31 24 11 23 19 24 20 23 33 28 27 19
I4 36 27 55 29 22 54 35 36 50 43 24 26
I5 36 46 53 43 52 48 40 43 31 43 34 51
I6 18 62 11 49 58 21 47 49 24 42 66 67
I7 24 61 54 32 22 35 33 4 53 9 20 38
I8 13 63 22 66 8 7 26 52 2 39 69 38
I9 1 6 55 55 3 25 55 28 3 27 14 37
I10 43 18 12 18 7 19 11 13 17 43 11 32
Fig.Fattori di contemporaneit` per l’esempio della Tabella 7. Per il penultimo tronco della linea o (Fig.
t + Ii+1 senϕt ) i+1
(7. ∆Un . i Ri
Ii cosϕi + Xi
Ii senϕi .§ 7. i
Ij senϕj .4
(a) Caso generale. i e
. ed ` in questi tronchi che circolano zione i fattori fc.24)
= k fc.Caduta di tensione su linea con carichi concentrati lungo il percorso.
Fig. per il generico i − mo tronco si ha allora:
t t Iit cosϕt = fc.23b)
¯ e la cdt parziale sull’i − mo tronco.23) ` e espressa da: ∆Ui = k Ri Iit cosϕt + Xi Iit senϕt i i
t t t = k fc.
(7. tuttavia. Si consideri.
T e Il massimo della cdt totale sull’ultimo carico.
Generalizzando. 7. con le (7. i Ri (Ii cosϕi + Ii+1 cosϕt ) + Xi (Ii senϕi + Ii+1 senϕt ) i+1 i+1 n n
j=i t fc. i Iit senϕt i =
Ij cosϕj .8 . che per i tronchi pi` vicini alla sorgente di alimentau t tendono ad essere unitari.
(b) Trascurabilit` dello sfasaa mento tra le tensioni di nodi contigui. ` tale che n T ∆Un ≤ i=1
∆Ui . dovuta alla corrente Iit .25)
in cui la diseguaglianza deriva dalla considerazione che i valori massimi di corrente nei singoli tronchi non necessariamente hanno luogo contemporaneamente. i (Ii senϕi n j=i
= fc. i (Ii cosϕi + Ii+1 cosϕt ) i i+1 n
in cui (cfr. 7. i = Mf. n = k
fc. in base a queste considerazioni. j i
.31a)
. n = k i=1
fc. j Rj =
fc. Fig.27b)
Riorganizzando gli addendi.68
Cap. le (7. j rj Lj . i
i j=1 fc. (7.6) ˜ Mf.16)):
n T ∆Uf.30a)
(7. j Xj =
pari rispettivamente alla resistenza e la reattanza totali ”incontrate” in quota dalla i − ma corrente. le (7. n = k x i=1
˜ Mf.29) e diventano (cfr. ai ﬁni determinazione della ∆Umax . i .29) fc. i Xi
Ii senϕi .27) si possono riscrivere come
n T ∆Uf. n = k r i=1 n T ∆Uq. in particolare. n = k i=1
XiT Ii senϕi .27a)
T ∆Uf. i . i Ri
i=1 n j=i n
Ii cosϕi
i T Ri = j=1 i i
fc. la sezione ` la stessa lungo tutto il percorso).
(7.24))
T ∆Uf. si pone usualmente
∆Umax =
T T ∆Ui = ∆Uf.30b)
con (cfr.
(7. (7.
fc. (7. n
T Ri Ii cosϕi . j xj Lj . Se i tronchi della linea hanno tutti le stesse caratteristiche elettriche r ed x (se.28a)
T ∆Uq.
(7. n + ∆Uq. n .
(7. 7
le correnti maggiori. ˜ Mq.
(7. risulta: e ¯ ˙ ¯ ˙ ¯ ZA IA = ZB IB .5
Linea alimentata ai due estremi con tensioni uguali
7.31b)
7. che e possono. 1 = fc.9(a). .1 Portata e cdt ammissibile
Per quanto riguarda le correnti di impiego e le portate.37)
. ˙ ˙ ZA + ZB ¯ IA =
(7. . i = 1. (7. (7. i
Ij cosϕj
Ij senϕj
≤ Iz (Si ). 7.1 Un solo carico
Si consideri una rete ad anello che alimenta un solo carico.
(7. . i = Mq. . come illustrato in Fig. in generale. ove sia prescritto un valore ammissibile per la massima cdt. le disuguaglianze da rispettare si sempliﬁcano come segue:
Ib.§ 7. 1
≤ Iz (S).
(7. rispettiva` ¯ ¯ mente. questa ` equivalente alla rete della e ¯ Fig. 7.4.35)
. .34)
∆Umax (S) ≤ ∆Uamm . Sn ) ≤ ∆Uamm . n. deve risultare:
Ib. E facile poi valutare le correnti IA e IB : ˙ ZB ¯ I. dal punto di vista circuitale. i = fc. deve essere ∆Umax (S1 . j i
˜ Mq.36)
˙ ˙ in cui ZA e ZB sono le impedenze dei rami di lunghezza LA ed LB . ˙ ˙ ZA + ZB ˙ ZA ¯ ¯ IB = I.33)
in cui si ` evidenziato che la massima cdt dipende dal valore di n sezioni.5
i j=1 fc. . (7. . essere diverse fra loro. . Poich` UA = UB .9(b). Se poi la sezione ` la stessa per e tutti i tronchi.
con queste.70
Cap. e.40) ` la lunghezza totale dell’anello.1).9 . la (7. (7. 7
(a) Anello
¯ ¯ (b) Equivalente (UA = UB )
Fig. (7.38) si possono scrivere e come: LA LB ∆Umax = k (rIcosϕ + xIsenϕ).37) diventa LB (r + jx) ¯ LB ¯ ¯ I= I. indiﬀerentemente o lungo il tratto di lunghezza LA o lungo quello di lunghezza LB : ∆Umax = ∆ULA = k(RA IA cosϕA + XA IA senϕA ) = = ∆ULB = k(RB IB cosϕB + XB IB senϕB ). ∆Umax (SA ) oppure ∆Umax (SB ) ≤ ∆Uamm . A = IA ≤ Iz (SA ). Con le (7.42)
(7. per quanto riguarda le correnti di impiego e le portate. IA = (r + jx) LA (r + jx) ¯ LA ¯ ¯ IB = I= I. deve risultare: Ib.39)
. (r + jx) in cui = LA + LB (7. (7.Rete ad anello con un solo carico. le (7.39).43) (7.38)
Se le caratteristiche elettriche dei due rami dell’anello sono uguali. B = IB ≤ Iz (SB ). 7. §7. se ricorre il caso. si pu` valutare la cdt dalla sorgente al carico.4. Ib.41) Portata e cdt ammissibile In maniera analoga al caso precedente (cfr.
i Ii . i=1
(7. le aliquote di corrente nei due rami detti determinate da ogni carico considerato da solo. i 1 ¯ I = ˙ A.45a) B. IA ed IB .5.
1 ¯ IB =
n A. Se le caratteristiche elettriche di tutti i tronchi dell’anello sono uguali. i=1
(7. i Ii
¯ IB =
con evidente signiﬁcato dei simboli.5
Tuttavia. (7. 7.44) diventa n ¯A = 1 ¯ I (7.10(b).46a)
Con fattori di contemporaneit` unitari. f =
n B.44) ˙ ¯ ZA.37)):
¯ IA =
˙ ZB. a Ancora trascurando lo sfasamento tra le tensioni dei diversi nodi
. 7. i + ZB.§ 7.10(a). ed ` a questa conﬁe e gurazione di rete che bisogna far riferimento per un corretto dimensionamento.2 Pi` carichi lungo il percorso u
Una rete ad anello che alimenta pi` carichi come quella rappresentata in u Fig. e ¯ ¯ Le correnti richiamate dai carichi nei due tronchi iniziali dell’anello.
(7. q =
n B. dal punto di vista circuitale ` equivalente alla rete della Fig. i i ZT ˙ ˙ Z
˙ ¯ ZB. anche dell’anello. i Ii . occorre considerare che una struttura ad anello viene presa in considerazione quando le esigenze dei carichi circa la disponibilit` dell’alimentazione sono tali da richiedere che essi continuino ad a essere alimentati anche a seguito del fuori servizio di un elemento (ed uno solo) del sistema di alimentazione. la rete ` di tipo radiale. i If. i Ii . Per fuori servizio di uno di tali rami.
7.45b)
analoghe relazioni si possono scrivere per le componenti in fase e le componenti ¯ ¯ in quadratura di IA ed IB : 8 IA. si 7 valutando possono valutare grazie al principio di sovrapposizione degli eﬀetti. la (7. ai ﬁni del dimensionamento. pu` essere necessario che le o disuguaglianze sulla portata e sulla massima cdt siano rispettate anche quando sia fuori servizio il ramo di lunghezza LA oppure quello di lunghezza LB . i + ZB. e poi sommando tali aliquote (cfr. Nel caso in esame. i Iq. i . i . i=1
IA. i ZT ˙ ZA. i 1 ¯ Ii = ˙ ˙ ˙ ZA.
Per ognuna di tali reti ` possibile individuare la see zione di inversione. 7.Rete ad anello con pi` carichi. si pone ∆Umax = ∆Uf.4. intesa come il nodo a cavallo del quale la corrente cambia segno (la sezione di inversione pu` coinvolgere due nodi contigui. 7
¯ ¯ (b) Equivalente (UA = UB ) Fig.10 . i If. Ognuna di esse pu` essere valutata con riferimento al caso di una linea che o alimenta carichi lungo il percorso (§ 7. i . max + ∆Uq. ancora una volta. i=1
IB. Portata e cdt ammissibile Si faccia riferimento al caso di una sezione del conduttore unica per tutti i tronchi dell’anello. una di sole resistenze in cui circolano le componenti in fase delle correnti. mentre la massima cdt dovuta alle componenti in quadratura ha luogo sulla sezione di inversione della rete di reattanze.48)
.11). i .46b)
La cdt totale si pu` valutare. Risulta ∆Umax = (∆Uf + ∆Uq )max ≤ ∆Uf. l’altra di sole reattanze ed in cui circolano le sole componenti in quadratura della correnti (Fig. i=1
in quanto le sezioni di inversione possono non coincidere. normalmente. q =
n A. Per quanto riguarda le correnti di impiego e le portate. i Iq. u
IB. max . f =
n A. max + ∆Uq. quando sul o tratto di linea compreso fra essi la corrente ` nulla). max (7.72
Cap. (7. 7. con riferimento a reti viro tuali. e La massima cdt dovuta alle componenti in fase ha luogo sulla sezione di inversione della rete di resistenze.
48). 7. ∆Umax (S) ≤ ∆Uamm .Cdt in un anello. 7. Per il tronco comune.49)
≤ Iz (S). correnti e cdt sono valutabili
.1) e che possono richiedere di dimensionarlo considerando anche il fuori servizio di un tronco. § 7. q ≤ Iz (S).§ 7.50)
in cui la funzione ∆Umax (S) ` la (7.
deve risultare: Ib. Per i rami derivati. e Ai ﬁni del dimensionamento. ancora una volta.11 .
in quanto sono i tronchi iniziali dell’anello ad essere interessati dalle correnti massime. la valutazione delle correnti e delle u cdt si conduce come in § 7. Per le cdt ammissibili.6
Rete radiale
Il caso di una rete radiale ` rappresentato nella Fig.12(a) nella sua forma e pi` semplice e generale. deve essere. (7. 2 IB. f + IA.
(7.5. B =
2 2 IA. f
2 IB. uno alla volta. occorre per` ancora una volta considerare i o motivi che spingono ad adottare una struttura ad anello (cfr. occorre (e basta) prendere in considerazione le due strutture radiali che si ottengono eliminando i due tronchi iniziali.6
(a) ∆Uf
(b) ∆Uq Fig. A = Ib. In tal caso.
(7.12 . come pure siano uniche le sezioni lungo i rami derivati (Si . m. i = 1.6. in cui (con le stesse ipotesi del § 7. B In0 +
¯ Ii. . . . . Nella conﬁgurazione in esame. .25).4 circa i fattori di contemporaneit`) a
¯ ¯ IB = fc. k .53)
7.Cdt in un anello.
(7. m. i = 1. i = ∆U0 + ∆Uni . In tal caso.1 Portata e cdt ammissibile
Si faccia l’ipotesi che lungo il tronco comune la sezione sia unica (S0 ).52)
in cui ∆U0 e ∆Uni sono la massima cdt sul tronco comune AB e sull’i−mo ramo derivato. rispettivamente. . i = 1. il numero delle massime cdt da portare in conto ` pari ad m: tali cdt si hanno sugli utilizzatori pi` lontani e u dalla sorgente. . Risulta
T ∆Uni ≤ ∆U0 + ∆Uni . . per ognuno dei rami derivati.74
Cap. . . i si pone tuttavia: ∆Umax.
. . la disuguaglianza deriva dalle stesse considerazioni esposte a proposito della (7. . 7
(a) Rete Fig. 7.
(b) Primo tronco
con riferimento al circuito di Fig. m). (7.12(b).51)
m ` il numero di rami derivati ed ni ` il numero di carichi serviti dall ’i − mo e e ramo derivato. Ai ﬁni della determinazione delle ∆Umax. 7.
≤ Iz (S0 ). deve essere ∆Umax. A
Ii. . . i = ∆Umax. i (S0 .54a)
Ib. i = fc. k cosϕi. k senϕi. (7. k
Ii.54b)
Per quanto riguarda invece le cdt ammissibili.§ 7. k
≤ Iz (Si ). k cosϕi. m (7.6
per quanto riguarda correnti di impiego e portate.55)
in cui si ` evidenziato che la massima cdt per ognuno dei rami derivati dipende e dal valore della sezione del ramo comune e da quello del ramo derivato. 0 = fc. k senϕi. . i = 1.
Ii. . Si ) ≤ ∆Uamm . (7. i = 1. deve risultare:
Ib. m. . . k
i condotti sbarra. che ha luogo in circuiti guasti. sovratensioni (tensioni anormali) possono essere di origine: – interna.1
Gli eﬀetti delle sovracorrenti sulle linee
` E noto che una corrente maggiore della portata pu` fare innalzare la tempeo ratura dei conduttori oltre la massima temperatura di esercizio. che ha luogo in circuiti elettricamente sani. quando correnti e tensioni nelle diverse sezioni dell’impianto determinano sollecitazioni sui componenti che possono essere sopportate indeﬁnitamente anormali. Per quanto riguarda le correnti. Per quanto riguarda le tensioni.1 In relazione a ci`.
8. relative a fenomeni propri dell’esercizio dei sistemi elettrici.Capitolo 8
SCELTA E DIMENSIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE DI MANOVRA E PROTEZIONE
Un impianto elettrico pu` trovarsi a funzionare in condizioni o normali. relative a fenomeni che accadono nell’ambiente in cui si trovano i sistemi elettrici. e
Oltre a sollecitare meccanicamente alcuni particolari tipi di linea. le condizioni anormali vengono distinte in – sovraccarico. Per questi. correnti di sovraccarico o di corto-circuito possono perdurare in una linea o ﬁn tanto che la sollecitazione termica che ne deriva ` sopportabile. – esterna. – corto-circuito. la sollecitazione dovuta ad una corrente anormale deve essere sopportabile in relazione alle masssime sollecitazioni meccaniche che ne derivano
. quando invece correnti e/o tensioni danno luogo a sollecitazioni cui componenti che non possono essere sopportate indeﬁnitamente.
che la linea ` in grado di sopportare.1. tracciata per una linea di speciﬁcata sezione e di speciﬁcato tipo di isolante.1 Sovraccarico
La durata ammissibile per un sovraccarico dipende da diversi fattori: la temperatura del conduttore precedente all’insorgere del sovraccarico. la temperatura del conduttore prima del sovraccarico. la perdita di vita utile per sovraccarico. 8. tale curva.
8.2 Corto-circuito
Una corrente di corto-circuito ` invece sopportabile per una durata di tempo e tale che il conduttore non superi la massima temperatura ammessa in cortocircuito. e
Nei sistemi di I e di II categoria si ammette che l’insieme degli eventi di sovraccarico possa determinare una perdita di vita utile del 10%. Con alcune ipotesi cautelative circa la temperatura del conduttore prima dell’insorgere del corto-circuito e la temperatura ambiente. la temperatura ambiente. a
8. ha come parametri la temperatura ambiente. La tipica forma della curva di sovraccaricabilit` di una linea in funzione della a corrente ` riportata in Fig.1.1 (in scala bilogaritmica). in cui sono evidenziate e le zone di sollecitazione ammissibile e non ammissibile.Curva di sovraccaricabilit` di una linea. la corrente di sovraccarico e le caratteristiche dell’isolamento. o dell’energia speciﬁca.78
Cap. In termini generali. 8
Fig. un sovraccarico ` sopportabile per una durata tanto e maggiore quanto e – minore ` la corrente e – minore ` la temperatura ambiente e – minore ` la temperatura iniziale del conduttore – maggiore ` la perdita di vita utile ammissibile per ogni evento di sovraccae 2 rico.1 . la massima temperatura ammessa in corto circuito si traduce nel valor massimo dell’integrale di Joule. 8.
2 . dall’altro. Per quanto riguarda poi le sovratensioni.1 Mezzi preventivi
Per ridurre la probabilit` che abbiano luogo correnti anormali.1)
La rappresentazione graﬁca della (8. si adottano a alcune misure preventive: – contro il sovraccarico.2
Mezzi preventivi e mezzi repressivi
i (τ ) d τ
Fig. occorre dimensionare correttamente i componenti e farne un uso corretto – contro il corto-circuito. limitino nel tempo e nello spazio le conseguenze di una condizione anormale.
8. resistenze di smorzamento negli interruttori) ed esterna (funi
. durata limite per poter considerare ancora adiabatici i fenomeni termici rappresentati dalla (8.§ 8. da un lato. sono mezzi preventivi quelli grazie ai quali si tende a contenere l’entit` delle sovratensioni di origine interna (messa a a terra del neutro.2
Non ` tecnicamente possibile azzerare la probabilit` che abbia luogo una e a condizione anormale. termiche e meccaniche.
Questo ` una costante per una linea di speciﬁcata sezione e di speciﬁcato tipo e di isolante:
i (τ )dτ
= K 2S2.1).2.Energia speciﬁca per una linea. in cui ` evie e ∗ ) al di sotto del quale il valore massimo deldenziato il valore di corrente (I l’integrale di Joule viene raggiunto in tempi maggiori di 5 s.1) ` riportata in Fig. 8. tendano a contenere la probabilit` di eventi anormali e l’entit` delle a a corrispondenti correnti e tensioni e.
8. occorre adottare isolamenti adeguati a sostenere le sollecitazioni elettriche. Occorre allora adottare un insieme di provvedimenti che.
(8. 8.2.
Cap. vanno previsti sistemi di protezione sempre contro il corto-circuito. tempestivit` – ` la capacit` di intervenire sempre e solo al momento opportuno. Le caratteristiche delle protezioni devono essere coordinate con quelle degli elementi protetti. messa a terra dei sostegni delle linee aeree. a e a In prima istanza. 8
8.2. pu` essere tuttavia preferibile un certo ritardo. la selettivit` consente di limitare nello spazio (inteso a come numero di componenti interessati) la propagazione degli eﬀetti di una condizione anormale. a e delle condizioni di funzionamento di un sistema. ci` signiﬁca che la caratteristica di intervento della o protezione e dell’energia speciﬁca che essa lascia passare (si veda nel seguito di questo capitolo) devono giacere al di sotto della caratteristiche di sovraccaricabilit` e di quella del massimo integrale di Joule del componente protetto. e contro i sovraccarichi se ipotizzabili. insieme ad un adeguato proporzionamento degli isolamenti (coordinamento degli isolamenti). non solleciti eccessivamente la linea. Per limitare le conseguenze di correnti anormali. La sensibilit` necessaria a pu` variare in intervalli ampi. i principali sono: sensibilit` – ` l’attitudine a rilevare variazioni. a rispettivamente.2 Mezzi repressivi
Mezzi repressivi per limitare le conseguenze di una condizione anormale quando essa ` avvenuta consistono nell’installazione di opportuni sistemi di e protezione. Caratteristiche dei sistemi di protezione Perch` un sistema di protezione sia eﬃcace occorre che risponda a diversi e requisiti. in modo tale che: – il sovraccarico. Tra questi. Le protezioni contro le sovratensioni di origine esterna in spinterometri e scaricatori. in relazione alla destinazione della protezione o selettivit` – ` la capacit` del sistema di protezione di escludere dal servizio a e a il solo componente che si trova in condizioni anormali di funzionamento. Dal punto di vista graﬁco. se consentito. – il corto-circuito sia disalimentato in tempi tali che non ﬂuisca nella conduttura un’energia speciﬁca maggiore del massimo consentito (e non faccia cos` ı superare al conduttore la massima temperatura ammessa in corto-circuito). sia per preservare la o
. schermatura delle stazioni). In termini generali. anche relativamente piccole. la tempestivit` si pu` tradurre in rapidit` di intervena o a to.
in vuoto. Con la qualiﬁca di usi domestici e similari si intendono (Norma CEI EN 60898 (CEI 23/3)) interruttori utilizzabili da persone non addestrate.3
Sistemi di protezione contro le sovracorrenti
Si utilizzano interruttori in aria a deionizzazione. Nei sistemi di categoria 0 e I si utilizzano interruttori automatici – per usi domestici e similari. tale energia ` prelevata da una fonte indipendente dal sistema e protetto.1 Interruttori automatici per usi domestici e similari
Tali interruttori vengono utilizzati per la protezione contro le sovracorrenti in impianti domestici. gli interruttori di cui si tratta sono considerati adatti al sezionamento. nei sistemi di II categoria si utilizzano anche e interruttori a volume di olio ridotto. nel terziario.
selettivit` delle protezioni. anche. sia per evitare che condizioni anormali di brea ve durata determinino un non necessario intervento.3. in gas (SF6 ) con rel` di corrente. grazie alla tempestivit` si contiene a valore opportuno la propagazione nel a tempo degli eﬀetti di una condizione anormale. nel vuoto. quale una batteria di accumulatori (che pu` tuttavia ricaricarsi o dal sistema protetto quando questo si trova in condizioni normali) o un elemento elastico precaricato. e da un rel` magnetico ad intervento istantaneo per e la protezione dal corto circuito. In termini generali. deve essere cio` e in grado di funzionare correttamente in tutte le conﬁgurazioni e condizioni di carico possibili senza che ci` richieda la modiﬁca della taratura dei rel` o e sicurezza di funzionamento – occorre che l’energia necessaria al funzionamento della protezione sia sempre disponibile. e fusibili. in gas)
8. quando il sistema/componente protetto ` in condizioni di funzionamento anormale. autonomia – il sistema di protezione deve essere indipendente dalla struttura della rete e dalle condizioni di funzionamento della stessa. in aria (solo in alternata e per tensioni ﬁno a 440 V) – interruttori automatici cosiddetti per usi industriali (in aria. L’automatismo ` garantito da un rel` termico a tempo inverso per la proe e tezione dai sovraccarichi. che non richiedono manutenzione.
. In relazione alle distanze in aria e superﬁciali prescritte. e soprattutto.§ 8. non tarabili dall’utilizzatore e non destinati alla protezione di motori. in corrente alternata. e Ad esempio. in applicazioni industriali di piccola potenza.
Ue – valori normali della tensione nominale sono: – interruttori unipolari: 230 V e 230/400 V – interruttori bipolari: 230 V e 400 V – interruttori tri– e quadripolari: 400 V corrente nominale. si noti che non sempre ` indicata e la funzione di sezionamento. portare ed interrompere in condizioni speciﬁcate. Icn – valore eﬃcace della componente alternata della corrente di corto-circuito presunta 3 che l’interruttore ` capace di stabilire. Per questi interruttori. il massimo valore previsto per questo tipo di interruttori ` 25000 A. Norma CEI EN 60898): tensione nominale (di impiego). il massimo valore della corrente nominale prevista per questo tipo di interruttore ` 125 A. 8. Norma CEI 60898
. in commercio sono poi disponibili altri valori per piccole correnti (a partire da 0.82
Cap.3 . ree lative in particolare al fattore di potenza del circuito.
Corrente che circolerebbe nel circuito se ogni polo dell’interruttore fosse sostituito da una connessione di impedenza trascurabile.Segno graﬁco per gli interruttori automatici per usi domestici e similari. 4 Solo per circoscritte applicazioni . In – corrente che l’interruttore ` destinato a portare in sere vizio ininterrotto ad una temperatura ambiente di riferimento (normalmente 30 C). 8
Fig.5 A) potere di corto-circuito nominale (estremo).
I segni graﬁci utilizzati per la rappresentazione di un interruttore per usi domestici e similari sono riportati nella Fig. pur essendo questa assicurata dalla rispondenza alla Norma CEI citata.cfr. 8. le Norme CEI non fanno alcuna distinzione fra potere di apertura e potere di chiusura. Valori normalizzati sono e 15004 –3000–4500–6000–10000–15000–20000–25000 A. Nel campo da 6 A a 125 A i valori di In sono pree feribilmente 6–10–13–16–20–25–32–40–50–63–80–100–125 A.3. Le principali grandezze caratteristiche di un interruttore del tipo in esame sono (cfr.
4 sono riportati tali intervalli per un interruttore automatico con In ≤ 32 e caratteristica dello sganciatore istantaneo di tipo C. ancora tra l’istante nel quale la corrente raggiunge il valore che provoca l’azione dello sganciatore e l’istante dell’estinzione deﬁnitiva dell’arco in tutti i poli. Sono deﬁnite tre tipi di caratteristiche. computata a partire dallo stesso istante e ` ﬁno all’istante in cui i contatti sono separati in tutti i poli. e riporta sulle ascisse la corrente (presunta) e sulle ordinate il tempo (o durata) di intervento dell’interruttore. If – valore di corrente che provoca l’intervento dell’interruttore entro un intervallo di tempo convenzionale (come per Inf ). Tale durata di intervento ` l’intervallo di tempo tra l’istante nel quale la corrente raggiunge e il valore che provoca l’azione dello sganciatore (rel`) di sovracorrente e l’istane te in cui il comando di apertura diventa irreversibile.
. per i quali la corrente di intervento istantaneo ricade nei limiti indicati
caratteristica B C D corrente di intervento istantaneo maggiore di 3 In e ﬁno a 5 In incluso maggiore di 5 In e ﬁno a 10 In incluso maggiore di 10 In e ﬁno a 20 In incluso
Caratteristica di intervento La caratteristica di intervento di un interruttore automatico ` fornita dal e costruttore in veste graﬁca. esso viene usualmente confuso con la durata di apertura. 13 In corrente convenzionale di intervento (termica). Come esempio. E invece durata di interruzione l’intervallo di tempo. Nella stessa ﬁgura. Per questi interruttori. nella Fig. ` anche riportato un esempio di curve e fornite dal costruttore. Inf – valore di corrente che non provoca l’intervento dell’interruttore per un intervallo di tempo convenzionale (1 h per In ≤ 63 A. 8.§ 8.3
corrente convenzionale di non intervento. Per questi interruttori. per date correnti i tempi di intervento ricadono in determinati intervalli. una dei tempi minimi e una dei tempi massimi di intervento. La caratteristica di intervento risponde a speciﬁci requisiti normativi. ` e Inf = 1. 45 In e corrente di intervento istantaneo (magnetica) – minimo valore di corrente che provoca l’intervento dell’interruttore senza ritardo intenzionale. si tratta di due curve. ` If = 1. Per gli interruttori in esame. 2 h per In > 63 A).
Fig. 8.4 - Caratteristica di intervento di un interruttore automatico per usi domestici e similari - In ≤ 32; curva C.
Caratteristica dell’I 2 t L’energia speciﬁca che un interruttore lascia passare ` pari all’integrale di e Joule esteso alla durata di interruzione di , indicato con il simbolo I 2 t: I 2t =
i2 (τ )dτ.
Il costruttore fornisce la curva dei valori massimi di I 2 t in funzione della corrente presunta di corto-circuito (valore eﬃcace della componente simmetrica).5 Un esempio di caratteristica dell’I 2 t ` riportato in Fig. 8.5; la caratteristica ` e e limitata inferiormente a valori di corrente che vengono interrotti entro al pi` 5 u s, e superiormente al potere di corto-circuito nominale. Gli interruttori con sganciatore magnetico di tipo B e C con corrente nominale ﬁno a 32 A e con potere di corto-circuito nominale da 3000 a 10000 A possono essere classiﬁcati secondo il massimo valore dell’I 2 t lasciato passare.
8.3.2 Interruttori automatici (per usi industriali)
Questi interruttori vengono utilizzati nei sistemi elettrici di categoria 0 e I (tensioni nominali ﬁno a 1000 V in corrente alternata e ﬁno a 1500 V in corrente continua). L’apertura automatica ` determinata dall’intervento di sganciatori e (rel`) di sovracorrente, di minima tensione, di corrente/potenza inversa, o di e
Ai ﬁni della determinazione della selettivit` in corto-circuito, ` utile disporre anche del a e minimo valore dell’energia speciﬁca che attiva lo sganciatore - cfr. §??.
I 2t (A 2s)
I cc (A)
Fig. 8.5 - Caratteristica dell’I 2 t per un interruttore automatico per usi domestici e similari.
altri dispositivi. Le tarature degli sganciatori per questi interruttori possono essere regolabili, a cura dell’utilizzatore. Esempi di rappresentazione graﬁca di un interruttore automatico (per usi industriali) sono riportati nella Fig. ??. Si noti Caratteristiche principali Per questi interruttori, l’idoneit` al sezionamento pu` non essere garantita; a o nel caso lo sia, essa ` indicata con l’apposito simbolo. Le principali grandezze e caratteristiche di un interruttore automatico (per usi industriali) sono (cfr. Norma CEI EN 60947-2): tensione nominale di impiego, Ue – tensione a cui ` riferito l’uso dell’interrute tore; ` la tensione ai capi del polo, per apparecchi unipolari, e la tensione e tra le fasi (concatenata) negli altri casi. taglia – gruppo di interruttori con dimensioni esterne comuni ad una gamma di correnti nominali (con la larghezza che pu` variare in funzione del numero o di poli) interruttore limitatore – interruttore automatico con tempo di interruzione tale da impedire che la corrente di cortocircuito raggiunga il valore di picco della corrente presunta categoria di utilizzazione – se di categoria (A) B, l’interruttore (non) ` previsto e per operare selettivamente in corto-circuito con altri dispositivi posti a valle per mezzo di ritardo intenzionale, che pu` essere anche regolabile o
Tabella 8.1 - Rapporto minimo fra Icm e Icu
Icu [kA] 4, 5 ≤ Icu ≤ 6 6 < Icu ≤ 10 10 < Icu ≤ 20 20 < Icu ≤ 50 50 < Icu
fattore di potenza 0,7 0,5 0,3 0,25 0,2
n 1,5 1,7 2,0 2,1 2,2
corrente nominale, In – corrente che l’interruttore pu` portare nel servizio inino terrotto (durate superiori a 8 ore), altrimenti indicata con Iu (essa ` anche e pari alla corrente termica convenzionale in aria libera, Ith ). potere di interruzione nominale estremo (in cortocircuito), Icu – corrente l’interruttore ` capace di interrompere senza che esso garantisca la ripresa e del servizio dopo l’intervento. In corrente alternata, si fa riferimento al valore eﬃcace della componente sinusoidale della corrente di cortocircuito presunta. potere di interruzione nominale di servizio (in cortocircuito), Ics – corrente (cfr. Icu ) che l’interruttore ` capace di interrompere garantendo la ripresa del e ` servizio dopo l’intervento. E pari almeno al 25% di Icu per gli interruttori di categoria A ed al 50% di Icu per gli interruttori di categoria B, o ad almeno 50 kA. corrente nominale ammissibile di breve durata, Icw – corrente (cfr. Icu ) che l’interruttore pu` portare in posizione di chiuso in un intervallo di tempo o speciﬁcato, pari almeno a 0,05 s (sono previsti tempi ﬁno a 1 s). potere di chiusura nominale (in cortocircuito), Icm – picco massimo della corrente di cortocircuito presunta che l’interruttore ` capace di stabilire in e circuiti che hanno, in alternata, uno speciﬁcato fattore di potenza, e, in continua, una speciﬁcata costante di tempo. In corrente continua, Icm ` ale meno pari a Icu ; in corrente alternata, esso ` almeno pari a Icu moltiplicato e per il fattore n riportato nella Tabella 8.1. Sganciatori di sovracorrente Uno sganciatore di sovracorrente pu` essere: o istantaneo – l’intervento ha luogo senza alcun ritardo intenzionale e a ritardo ﬁsso – l’intervento ` ritardato intenzionalmente, con ritardo regolabile o meno, indipendente dalla sovracorrente
05 volte la corrente regolata
corrente convenzionale di intervento 1. 8.§ 8.7. Caratteristica dell’I 2 t Anche per gli interruttori automatici (per usi industriali) come per quelli per usi domestici e similari. esso pu` essere o o regolabile Gli sganciatori di sovracorrente a tempo inverso. Inf e If rispettivamente. 8.Correnti e tempi convenzionali per interruttori automatici
corrente convenzionale di non intervento 1.3. in particolare. Si nota. la caratteristica di intervento degli sganciatori.6.8.2 . alla temperatura di riferimento (30 ◦ C. con tabelle e graﬁci. l’indicazione dei tempi minimi e massimi di intervento per sganciatori a tempo inverso dipendente dalla corrente precedente (sganciatori termici a freddo e a caldo).1). inoltre. e pu` o meno dipendere dalla corrente precedente. con aspetti della caratteristica non realizzabili con sganciatori ad eﬀetto magnetotermico. La Norma CEI EN 60947-2 non introduce alcuno speciﬁco simbolo per queste correnti.30 volte la corrente regolata
tempo convenzionale 1 h per In ≤ 63 A 2 h per In > 63 A
a tempo inverso – il tempo di intervento decresce al crescere della corrente. ` pratica comune indicarli con gli stessi simboli e introdotti dalla Norma CEI EN 60898 (cfr. Gli sganciatori a microprocessore consentono una grande libert` nella realizzazione della curva a di intervento. la corrente i(t) ` data da: e i(t) =
t EM EM sen(ωt + α − ϕ) − sen(α − ϕ)e− τ . Caratteristica di intervento Il costruttore fornisce.3
Tabella 8. un esempio ` riportato nella Fig.3)
. 8. quale ad esempio il tratto a I 2 t costante. con l’indicazione della eventuale regolabilit` delle tarature a di correnti e tempi di intervento.3.2. § 8. e Caratteristica di limitazione Nel semplice circuito di Fig. Esempi di caratteristiche graﬁche sono riportate nella Fig. il costruttore fornisce la curva dell’I 2 t. Z Z
(8. se non diversamente speciﬁcato). garantiscono il non intervento e l’intervento per le correnti convenzionali nei tempi convenzionali indicati nella Tabella 8.
(a) Sganciatore magnetotermico (Ir = taratura dello sganciatore termico. 8
I I . di In )
= frazione. multiplo di In )
I 2t = k
(b) Sganciatore a microprocessore (Ir regolabile.6 . frazione di In – Im = taratura dello sganciatore magnetico.Caratteristiche di intervento di sganciatori per interruttori automatici.88
la formula 3R ˆ proposta ` k e k = 1. Il massimo valore di picco I pu` essere espresso in funzione del valore eﬃcace della componente sinusoidale della stessa corrente.Caratteristica dell’I 2 t per un interruttore automatico (per usi industriali). 98e− X . per cortocircuiti alimentati da reti non magliate. si riconosce che il massimo ˆ valore di picco possibile della corrente di cortocircuito presunta.9. R (8.5) ` rappresentata dalla spezzata nella Fig. le Norme CEI suggeriscono alcune formule per il calcolo (approssimato) ˆ del fattore k. I.
in cui X = ωL.§ 8. ogni tratto e ` relativo ad un intervallo di valori di I ed ` caratterizzato dal valore del fattore e e di potenza (proprio) del circuito. ϕ = tan−1 X .
(8. 8. R τ= L . Z= R2 + X 2 . cio` dal vae lore della tensione all’instaurarsi del cortocircuito. si determina attraverso lo studio delle derivate parziali della funzione i = i(α.
(8. Ad esempio.5)
La relazione (8. t) rispetto ad ˆ o α e t. 8.6)
Per le reti reali.7 .4)
Osservando che l’andamento della i(t) dipende dall’angolo α.
− ˆ k = 1 + senϕ e
π/2+ϕ tanϕ
I 2t (A 2 s)
Fig. con la formula 6 √ ˆ ˆ I = k 2I. cosϕ = cos tan−1
. in cui R ed X sono la parte reale ed il coeﬃciente immaginario dell’impedenza equivalente vista dal punto di cortocircuito. 02 + 0. I.
in termini generali. Questa caratteristica. ` indicata dal costruttore attraverso la e ”curva di limitazione”. 8.8 . Un esempio di curva di limitazione ` la curva continua e nella Fig. A tale protezione ben si prestano i rel` ad eﬀetto termico. u Per gli impianti di categoria 0 e I.).5 8.7
Protezione dal corto-circuito Selettivit` a Quadri elettrici
.3. se posseduta dall’interruttore. t) cada nella zona non ammissibile della Fig.Studio del cortocircuito. 8
e (t ) = E M sen (ω t + α )
Fig.6 8. 8.
8. ed i tempi di interventi di uno sganciatore termico a a freddo sono pi` lunghi che a caldo (si veda ad esempio la Fig.4 Protezione dal sovraccarico
La protezione di una linea dal sovraccarico si realizza. la caratteristica e di tali sganciatori risente delle condizioni di funzionamento pregresse. 8.6(a).1. che riporta il valore di picco della corrente limitata in funzione del valore eﬃcace della componente simmetrica della corrente di cortocircuito presunta. uno stesso sovraccarico in un conduttore freddo pu` essere tenuto pi` a lungo che a in un o u conduttore gi` caldo. 8.1.3 Fusibili 8.
gli intervalli di valori di I ed i cosϕ sono quelli riportati nella Tabella 8.9. Gli interruttori limitatori hanno la caratteristica di limitare il valore di picco della corrente di cortocircuito rispetto al valore massimo teorico.90
Cap. Fra l’altro. la Norma CEI 64-8/4
8. assicurando che per nessun valor di corrente il tempo per cui esso perdura sia tale che il punto (I.
Curva di limitazione.
.9 .§ 8.7
Iˆ (kA )
I cc (kA
. . . . . . . . . . PARTE II
PRINCIPALI FASI DELLA PROGETTAZIONE . . . .2 4. tempo . . . . . . . . . . . . .5 6. . . . . . . Indici descrittivi e parametri dei carichi . . . . . . .4 6. . . . . . a 2. . . . . . a Eﬀetti delle correnti reattive induttive . .3 Alcune classiﬁcazioni . . . . . .4
Diagrammi di carico . . . a 1. . . . . . . . . . . Il rifasamento nei sistemi di distribuzione pubblica . . . . . . . nel . . . . . . . . . . .6
Generalit` .1 6. . . .1 Schema di rete . . .
2. .INDICE
PARTE I 1 INTRODUZIONE norme tecniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 4. . . .
41 43 45 47 51 55
. . . . . . . . . . . . 1 3 3 3 6
Impianti elettrici. . . . . . . .
. . disposizioni legislative e 1. . .
4. . . . .3 4. . . . . . . . . . . . . . . . .1 Caratteristiche di un impianto e scelte progettuali soggettive . . .2 Principali disposizioni legislative . . . . . . Mezzi per la produzione di potenza reattiva induttiva . . . . . . . . . . 2. . . . . . . . . .1 Generalit` . preferenziali e privilegiati
25 27 30 30
5. .1 Generalit` . . . . . . . . . . . . . . . . Inserzione e disinserzione dei condensatori di rifasamento Il rifasamento negli impianti utilizzatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Scelta dei livelli di tensione e del numero dei centri di alimentazione 35
6 Rifasamento 41
.3 6. . 33 5. . . . . . . .2 6. . 1. . . . . . .
3 Criteri fondamentali della progettazione degli impianti elettrici
3. . . . . . .2 Alcune deﬁnizioni . . . . . . . . . .3 Norme CEI . . . . Potenza di dimensionamento e suo sviluppo Carichi ordinari.
. Sistemi di protezione contro le sovracorrenti . . . . . Protezione dal corto-circuito . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Selettivit` .6 Rete radiale . . . . Protezione dal sovraccarico . . . . . . . . .
77 79 81 90 90 90 90 93 95 i
Dimensionamento dell’impianto di terra DOCUMENTAZIONE DI PROGETTO
. . . 7. . . . .5 8. . . . . Mezzi preventivi e mezzi repressivi . .
. . . . . . . . . . . . a Quadri elettrici . . . . . .6 8. . . . .
. . . . .4 8. . . . . . . . . 7. . . . . . . . . . . . . . . .4 Linea con carichi lungo il percorso . . . .1 Corrente di impiego. . . . . .3 Caduta di tensione e sezione dei conduttori . .2 8. . . . . . . . .
. .1 8. .
57 57 58 62 65 69 73
Scelta e dimensionamento delle apparecchiature di manovra e protezione 77
. portata e sezione dei conduttori 7.
Calcolo elettrico 7. 7. . . . . . . . . . . .3 8. . . . . .2 Variazione di tensione e caduta di tensione .7 9
Gli eﬀetti delle sovracorrenti sulle linee . 7. .
. . .5 Linea alimentata ai due estremi con tensioni uguali . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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