Caratteristiche del vettore elettrico
•
•
•
•
Praticità d’uso
Facilità di trasporto
Qualità della conversione
Utilizzo dell’energia nucleare
• Scarsa accumulabilità
Energia contenuta nell’unità di massa
combustibili nucleari
combustibili fossili
accumulatori elettrochimici
condensatori
10
6
kWh / kg
1
industriali
-6
10-
Struttura di un sistema elettrico per l’energia
Caratteristiche peculiari:
- grande estensione;
- stretta integrazione;
- impossibilità di accumulo di energia elettrica in forma
diretta.
Conseguenze (valide a livello europeo):
- Necessità di un elevato coordinamento nella gestione del
sistema.
Struttura di un sistema elettrico per l’energia
Specifiche di base
- Tensione sinusoidale costante (valore efficace della
componente fondamentale).
Specifiche di base
- Perché la tensione deve essere sinusoidale?
q
q  c  vc  vc 
c
dq
i
 q   i  dt
dt
1
vc   i  dt
c
 con
l
  con  l  il
il
d con
dil
vl 
l
dt
dt
Specifiche di base
- Sistema trifase (simmetrico ed equilibrato):
- Antonio Pacinotti e la “macchinetta” (1858)
- Galileo Ferraris e il campo magnetico rotante (1885)
Hris
H1 1
H1
Hris
1
H2
2
3
H2
H3
2
tipo di distribuzione
U
G
U
U
U
U
U
regolato a
V=costante
distribuzione in derivazione
U
G
U
regolato a
I=costante
distribuzione in serie
U
U
U
U
CORTO CIRCUITO
U
U
U
U
U
U
G
GUASTO
U
U
U
U
U
U
G
DISSERVIZIO
INTERRUZIONE di CIRCUITO
U
U
U
U
U
U
G
DISSERVIZIO
U
U
U
U
U
U
G
GUASTO
U
G
U
U
U
U
regolato a
V=costante
U
G
U
regolato a
I=costante
U
U
U
U
U
V
I
Specifiche di base
- Frequenza costante (rete sincrona a 50 Hz) ed uguale in
tutta l’Europa Occidentale
- Perché la frequenza deve essere costante?
- Problemi legati al buon funzionamento dei carichi.
- Problemi legati alla sicurezza di funzionamento dei generatori.
Caratteristiche particolari
- Distanza tra centri di produzione e centri di carico,
- Impossibilità di trasferire potenza lungo un
percorso assegnato.
- Necessità di trasportare potenza attiva.
- Necessità di trasportare potenza reattiva.
Cenni storici
-
I primi generatori in c.c. furono sviluppati, a livello industriale,
da Gramme e da Brush attorno al 1870.
-
Nel 1882 viene costruita la prima linea in c.c. KiesbachMonaco (57 km, 2 kV, 1.5 kW).
-
Nel 1883 viene costruita la seconda linea in c.c. a Santa
Redegonda (2 x 110 V).
-
Tra il 1887 e il 1889 venne costruita la linea in c.c. IsoverdeGenova (27 km, 2.2 kV, 100 kW) successivamente potenziata
fino a 540 kW.
Cenni storici
-
Fra il 1875 ed il 1880 Gramme e Siemens svilupparono le
prime applicazioni industriali in c.a. che portarono negli anni
successivi allo sviluppo di questa tecnologia.
-
Nel 1886 entrarono in servizio due alternatori monofase, a
Roma e a Tivoli.
-
Nel 1892 la centrale di Tivoli venne collegata a Roma con la
prima linea di trasmissione in c.a. del mondo (5 kV).
-
A seguito della scoperta del campo magnetico rotante viene
costruita in Germania nel 1891 la prima linea trifase del
mondo (178 km, 25 kV, 170 kW).
-
Nel 1898 entra in servizio la linea Paderno-Milano (32 km, 13
kV, 10.5 MW).
Cenni storici
-
Agli inizi del XX secolo la tensione dei sistemi di trasmissione
passa in Europa da 25 a 80 kV mentre negli USA raggiunge
100 kV già nel 1909.
-
Dopo Grande Guerra negli USA viene raggiunto nel 1922 il
livello di tensione di 220 kV mentre in Europa, ed in
particolare in Italia, si costruisce la prima linea a 130 kV nel
1923.
-
Nel 1936 entrò in servizio negli USA una linea 287 kV.
-
Nel 1952 in Svezia vennero realizzate le prime linee al mondo
a 380 kV.
-
Nei primi anni ’60 in Russia e negli USA iniziarono ad entrare
in servizio sistemi di trasmissione a 500 kV.
-
Nel 1965 veniva inaugurata in Canada la prima linea a 735 kV
mentre quattro anni dopo negli USA veniva costruito il primo
765 kV.
Cenni storici
Rappresentazione topografica di una rete elettrica
-
Il primo livello di rappresentazione di una rete elettrica è
quello topografico.
-
Le informazioni contenute in tale livello sono tipicamente
legate alla localizzazione geografica degli impianti, alla
loro tipologia (centrali e numero di linee in parallelo) ed ai
livelli di tensione.
-
In questo livello di rappresentazione vengono riportati
sempre i nomi geografici dei nodi; tali nomi di solito non
coincidono con quelli riportati nelle altre tipologie di
rappresentazione.
Rappresentazione topografica di una rete elettrica
-
Tale rappresentazione è tipicamente suddivisa per livelli di
tensione (generalmente riportati con colori diversi).
-
Eccettuato il livello di tensione, nella rappresentazione
topografica non viene riportato alcun ulteriore parametro
elettrico (es.: taglia e n° dei gruppi delle centrali).
-
La lettura e la comprensione degli schemi può essere
effettuata utilizzando direttamente la legenda riportata in
calce.
Rappresentazione topografica della rete italiana
UNIVERSITÀ DI PISA
Rappresentazione topografica della rete italiana
Schema unifilare di una rete elettrica
-
Gli schemi unifilari di rete, di centrale, di impianto di utente,
ecc., permettono la rappresentazione formale di un sistema
elettrico e contengono tipicamente tutte le informazioni
necessarie al suo dimensionamento.
-
I nomi che identificano i nodi sono generalmente differenti da
quelli della rappresentazione topografica.
-
A seconda del tipo di studio che è necessario sviluppare i
diversi elementi del sistema possono essere rappresentati
con tutti i loro componenti o con elementi equivalenti (es.:
generatori delle centrali, trasformatori in parallelo, interruttori
di stazione, ecc.).
Schema unifilare di una rete elettrica
-
-
Negli schemi (e nelle eventuali tabelle allegate) sono
contenuti:
-
I dati di targa e le tipologie dei componenti (generatori, linee,
interruttori, protezioni, ecc.)
-
Il collegamento del neutro
-
La struttura delle linee (monofasi, trifasi, c.c., ecc.)
Gli schemi elettrici unifilari vengono utilizzati per
qualunque livello di tensione; la rappresentazione di ogni
componente è definita dalle norme (CEI).
Schema unifilare di una rete elettrica
-
Gli schemi elettrici unifilari assumono tale nome in quanto
vengono disegnati riportando un unico filo
indipendentemente dal fatto che i sistemi siano monofase,
trifase o in c.c..
-
Gli schemi sono unifilari anche in caso di sistemi trifase;
tale fatto è pienamente giustificabile in quanto in
condizioni di funzionamento normale i sistemi risultano
essere simmetrici ed equilibrati: in tali condizioni i moduli
delle correnti di linea e delle tensioni di fase sono uguali
(in modulo) e riferite ad un nodo comune (centro-stella)
generalmente coincidente con il potenziale di terra.
Schema unifilare di una rete elettrica
-
Gli schemi elettrici unifilari non è rispettata la scala delle
lunghezze; ciò significa che nel disegno possono essere
molto vicini nodi che nella realtà distano anche centinaia
di km e viceversa.
-
La simbologia dei diversi elementi che compongono una
rete elettrica è piuttosto estesa; ai fini delle presenti
considerazioni è sufficiente limitarsi ad un numero
estremamente limitato di simboli che per comodità
vengono di seguito riportati.
Simbologia
sezionatore
trasformatore
2 avvolgimenti
interruttore di manovra
sezionatore
trasformatore
3 avvolgimenti
interruttore
automatico di potenza
auto-trasformatore
2 avvolgimenti
interruttore magnetotermico di potenza
scaricatore
G
generatore
Esempio di schema unifilare
UNIT 1
distribuzione
in derivazione
a tensione costante
....
G
G
100.000 kW
100.000
UTILIZZATORI
1kW
100 V
10 A
U
100 V
10 utilizzatori
100 A
G
100 V
100 utilizzatori
1000 A
G
100 V
1000 utilizzatori
10000 A
G
100 V
100.000 A
G
10.000 utilizzatori
100 V
1.000.000 A
G
100.000 utilizzatori
100V
10.000 A
1.000.000 A
100.000 A
G
100 A
100V
10.000 A
1.000.000 A
100.000 A
100 A
G
100V
10.000 A
10.000 V
400 A
25.000 V
200 A
5.000V
100 A
G
1:2,5
5:1
50:1
C
P
C (V)
C (I)
V
P
C
Ctot
C (V)
C (I)
VO
V
distribuzione
in derivazione
a tensione costante
a corrente alternata
trifase
struttura del sistema
elettrico per l’energia
DISTRIBUZIONE PRIMARIA
DISTRIBUZIONE PRIMARIA
DISTRIBUZIONE MT
DISTRIBUZIONE BT
DISTRIBUZIONE BT
TRASMISSIONE
TRASMISSIONE
TRASMISSIONE E INTERCONNESSIONE
diagramma di carico
40
38,0 GW
35
GW
30
giorno di
massimo
carico
invernale
25
20
15
10
5
0
0
4
8
12
16
20
24
40
38,0 GW
66,1 GW
70
35
60
GW
GW
30
50
25
40
20
30
15
20
10
5
10
0
0
0
4
8
12
16
20
24
0
4
8
12
16
20
24
120
38,0 GW
102,3 GW
66,1 GW
100
GW
104,1 GW
80
economia di 1,8 GW
60
40
20
0
0
4
8
12
16
20
24
vantaggi dell’interconnessione
• messa in comune delle
riserve di generazione
• riduzione delle punte di
carico
• migliore sfruttamento del
parco di generazione
rete europea a 420 kV
rete svedese a 420 kV
rete canadese a 765 kV
TRASMISSIONE E INTERCONNESSIONE
DISTRIBUZIONE PRIMARIA
DISTRIBUZIONE MT
DISTRIBUZIONE BT
RETE DI
RETE DI
TRASMISSIONE
E INTERCONNES. DISTRIB.PRIMARIA
CENTRALE
STAZIONE
CABINA
PRIMARIA
RETE DI
DISTRIB.MT
CABINA
MT- BT
CARICO
RETE DI DISTRIB.BT
TENSIONI UTILIZZATE
NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO
RETE
TRASMISSIONE E
TENSIONE
NOMINALE
NOTE
380 kV
TENSIONE
MAX
420 kV
INTERCONNESSIONE
220 kV
residuo
245 kV
DISTRIBUZIONE
PRIMARIA
132 kV
centro nord
145 kV
150 kV
centro sud
170 kV
DISTRIBUZIONE
A MT
15-20 kV
DISTRIBUZIONE
A BT
altre
400 V
17,5-24 kV
residuo
a)
b)
generazione a livello
di distribuzione
primaria per motivi
storici
autoproduzione
generazione distribuita