ELETTROTECNICA Laurea Ing. Aerospaziale - 1° livello CENNI DI IMPIANTI ELETTRICI Prof. M.S. Sarto CENTRALI DI PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA • • • • • • IDROELETTRICHE TERMOELETTRICHE TERMONUCLEARI GEOTERMOELETTRICHE EOLICHE SOLARI CENTRALI IDROELETTRICHE TURBINA RISORSA CARATTERISTICA Kaplan Acqua fluente Bassa velocità (p elevato) Francis Bacino idroelettrico (bassa caduta) Media velocità Pelton Bacino idroelettrico (alta caduta) Alta velocità (p=1,2) CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI CATEGORIA LIVELLO TENSIONE A.C. LIVELLO TENSIONE D.C. 0 BT: BT: 1 BT: 50 V Vn 1000 V MT: 1 kV Vn 30 kV AT: Vn 30 kV (AAT: Vn 50 kV) 2 3 Vn 50 V Vn 120 V BT: 120 V Vn 1500 V MT: 1.5 kV Vn 30 kV AT: Vn 30 kV (AAT: Vn 50 kV) SCHEMA DI IMPIANTO ELETTRICO MT MT G Generazione in MT (10-15 kV) MT/AT AT/MT AT Trasmissione in AT (220-380 kV) Distribuzione in AT (50-150 kV) o MT MT/BT MT/BT BT BT Utilizzazione in MT o BT SOVRATENSIONI • CAUSE INTERNE – Manovre sugli impianti (apertura o chiusura di interruttori) – Improvvisa riduzione del carico – Risonanze – Contatti accidentali con altro impianto in esercizio a tensione maggiore • CAUSE ESTERNE – Fenomeni di origine atmosferica (fulminazione diretta o indiretta) i(t) IM i t I 0 exp t Te exp t T f 0.9 IM 0.5 IM Tf = 0.5 – 1.5 s Te = 50-100 s 0.1 IM Tf I0 = 10-200 kA Te time [s] Il fulmine FULMINE DISCENDENTE (polarità negativa) leader Return stroke FULMINE ASCENDENTE (polarità negativa) leader Return stroke IM : corrente di picco (di/dt)M : tangente massima Tf : tempo di salita all’emivalore Te I M I 0 exp tˆ Te exp tˆ T f : tempo di a I 0 dt M ˆt 1 ln Negative (descending) Positive First stroke Following strokes (ascending) IM [kA] 34 13.4 43 Tf [s] 8.5 1.2 33 Te [s] 73 31 300 (di/dt)M [kA/s] 14 39 2.6 SOVRACORRENTI • SOVRACCARIC0 – Superamento dei valori di corrente per i quali una linea o un’apparecchiatura sono dimensionate (In) (e.g. Spunto dei motori asincroni in fase di avviamento) • CORTO CIRCUITO – Contatto tra due elementi dell’impiantonon equipotenziali. Le correnti di cto cto possono essere molto elevate in quanto limitate solo dall’impedenza a monte del guasto. APPARECCHI DI MANOVRA E INTERRUZIONE • INTERRUTTORI – Manuali x – Automatici x Apertura e chiusura di una linea sottocarico anche in condizioni di corto circuito PARAMETRI CARATTERISTICI • TENSIONE NOMINALE DI ESERCIZIO (Ve): tensione alla quale sono riferite le prestazioni dell’apparecchio (apertura/chiusura) • TENSIONE NOMINALE DI ISOLAMENTO (Vi): tensione alla quale è garantito l’isolamento dell’apparecchio • CORRENTE NOMINALE (In): corrente che l’interruttore può condurre a regime. Assume valori diversi con riferimento a servizio continuo o discontinuo. • POTERE NOMINALE DI INTERRUZIONE (Iin): corrente di corto circuito che l’interruttore può interrompere ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve. • POTERE NOMINALE DI CHIUSURA SU CORTO CIRCUITO (Icn): corrente di corto circuito sulla quale l’interruttore può essere chiuso ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve. • CONTATTORI – Manuali – Automatici Interruzione delle sole correnti di normale esercizio • SEZIONATORI – Manuali – Automatici Interruzione della continuità elettrica in linee a vuoto (I=0) N.B. Nella fase di interruzione del circuito si apre prima l’interruttore e poi il sezionatore. • FUSIBILI Dispositivo di protezione dalle sovracorrenti: interrompe correnti di corto circuito elevate. T [s] Zona di intervento In : corrente nominale Inf : corrente massima di sicura non fusione If : corrente minima di sicura fusione Campo di integrità Icc : corrente di corto circuito In Inf If Icc I [A] DISPOSITIVI DI PROTEZIONE DA SOVRATENSIONI Caratterististica tensione-corrente non lineare: • alta impedenza rispetto a terra durante le condizioni normali di funzionamento • corto circuito a terra in presenza di una sovratensione v(t) Condizione normale di funzionamento: v(t) Circuito aperto – impedenza molto elevata In presenza di sovratensione: v(t) Corto circuito – impedenza molto bassa Spinterometri Scaricatori ad asta Scaricatori a gas (Migliore controllo della tensione di intervento) Varistori ad ossido di metallo Diodi soppressori • Alta capacità di assorbimento dell’energia della sovratensione • Tensione che decresce rapidamente dopo l’intervento • Tensione quasi costante sul carico in presenza della sovratensione • Non possono condurre correnti elevate • Tensione costante sul carico in presenza della sovratensione Le caratteristiche diverse di gas arresters, varistori e diodi soppressori possono essere combinate nella realizzazione di circuiti di protezione multistadio ~v1 CAP 1 1k 10 P6T vv1 1 ~v2 10 50 V CAP 1 Vv 33 v2 UC 230 ~v 3 15 V 50 Sovratensione transitoria Tf = 1 s [V] Te = 50 s VM = 2.1 kV 2500 2000 1500 1000 500 0 0.01 0.1 1 10 time [s] 100 1000 v1 tensione misurata sul primo stadio 100 V/div 100 ns/div v3 tensione misurata sul terzo stadio 5 V/div 100 ns/div RELE’ • CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA ALLA QUALE SONO SENSIBILI: – Voltmetrici – Amperometrici – Wattmetrici – Frequenzimetrici – Ad impedenza – Termici – Tachimetrici • CLASSIFICAZIONE IN BASE AL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: – Elettromagnetici – Elettrodinamici – Ad induzione • CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA DA ANALIZZARE: – Di massima – Di minima – Differenziale RELE’ MAGNETICO Tempo Caratteristica di intervento Tin Is = 8-10 In Corrente RELE’ TERMICO Tempo Caratteristica di intervento 5 sec I 5 sec = 4 In Corrente RELE’ MAGNETO-TERMICO Tempo Caratteristica di intervento Tin Is = 8-10 In Corrente OSSERVAZIONE: I relè magnetico, termico, magnetotermico intervengono SEMPRE per corrente SUPERIORE alla corrente nominale dell’impianto (da 4 ad 8-10 volte). Ad esempio, in un’utenza domestica con corrente nominale di 15 A, la corrente di intervento non è inferiore a 60 A. La corrente pericolosa per l’uomo è di 50 mA ! RELE’ DIFFERENZIALE Corrente di intervento molto minore alla corrente nominale dell’impianto: IMPIANTI INDUSTRIALI: I = 300 mA UTENZE DOMESTICHE: I = 30 ma UTENZE PARTICOLARI: I = 10 ma SISTEMA DI UTILIZZAZIONE IN BT: stato nel neutro MT/BT BT Utenze monofasi o trifasi • Sistema IT • Sistema TT • Sistema TN 1° lettera: stato del neutro del secondario del trasformatore MT/BT 2° lettera: stato delle masse delle utenze IMPIANTI DI TERRA • Norma CEI 64-8 • Norma CEI 11-8 • Norma CEI 81-1 SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA: 1) Offrire una via di ritorno alle correnti di guasto diversa da quella offerta dal corpo umano 2) Determinare l’intervento delle protezioni in tempi opportuni 3) Rendere equipotenziali strutture metalliche suscettibili di essere toccate contemporaneamente. COMPONENTI DI UN IMPIANTO DI TERRA Conduttore di protezione Conduttori equipotenziali Conduttori di terra dispersori Tensione di passo Tensione che può risultare applicata tra i piedi di una persona a distanza di un passo durante (1 m) un cedimento dell’isolamento Tempo eliminazione del guasto [s] Tensione massima di passo [V] >2 50 1 70 0.8 80 0.7 85 0.6 125 < 0.5 160