NICOLO' CALI' 5A et A.S L ENERGIA ELETTRICA NELLE NOSTRE CASE 1

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1 NICOLO' CALI' 5A et A.S L ENERGIA ELETTRICA NELLE NOSTRE CASE 1

2 CHE COS E UN IMPIANTO ELETTRICO? L impianto elettrico èl insieme dei componenti elettrici e/o meccanici utili alla trasmissione e all utilizzo dell energia elettrica. La loro funzione è quella di permettere il passaggio di corrente elettrica. Un buon conduttore ha un valore di resistività basso Il materiale conduttore più utilizzato è il rame con Resistività ρ= Elementi fondamentali alla trasmissione dell energia elettrica sono i conduttori Un altro elemento che caratterizza un cavo elettrico è il suo materiale isolante, scelto appositamente in base alla sua applicazione. Generalmente in EPR o PVC. CONDUTTORE DI PROTEZIONE - PE FASE NEUTRO NICOLO' CALI' 5A et 2

3 QUALI SONO I DISPOSITIVI UTILI ALLA PROTEZIONE DELLA LINEA E QUALI SONO I GUASTI PIÙCOMUNI? CONDUTTORE DI PROTEZIONE - PE FASE NEUTRO NICOLO' CALI' 5A et 3

4 L INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO Lo stesso dispositivo protegge la linea dal CORTOCIRCUITO e dal SOVRACCARICO Interviene aprendo il circuito in caso di superamento di valori di corrente prestabiliti. Il principale pericolo per la linea elettrica è il calore che per effetto Joule si genera all interno del conduttore attraversato da corrente CORTOCIRCUITO Situazione di guasto che si crea nel momento in cui fase e neutro entrano in contatto tra di loro. La sua pericolosità è data dai valori di corrente che si generano nei conduttori. Valori elevati che, se non interrotti entro pochi istanti, danneggiano irreparabilmente il conduttore compromettendone l isolamento e causando gravi danni. SOVRACCARICO In una situazione di sovraccarico, la corrente circolante nella linea, è maggiore della corrente nominale del cavo stesso. Ciò, può essere causato da un eccessivo carico dovuto a più utilizzatori collegati alla stessa linea. Intervento meno urgente ma comunque necessario per non danneggiare la linea. NICOLO' CALI' 5A et 4

5 L INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO Il suo funzionamento è governato da due distinte parti circuitali: TERMICA La parte termica è composta da una lamina bimetallica. La lamina bimetallica è composta da due strisce di metalli diversi saldati tra loro. Avendo differenti coefficienti di dilatazione, all aumentare della temperatura si ha un'incurvatura della lamina stessa provocando l apertura del circuito. NICOLO' CALI' 5A et 5

6 L INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO Il suo funzionamento è governato da due distinte parti circuitali: MAGNETICA La parte magnetica è composta da un solenoide avvolto su una barra magnetica. La corrente provocata dal corto circuito è molto elevata e istantanea. Attraversando la bobina, la corrente genera un campo magnetico che attira verso di sé l ancorina, la quale provoca l apertura del circuito. NICOLO' CALI' 5A et 6

7 L INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO Abbiamo visto come proteggere la linea da situazioni di guasto La pericolosità degli effetti della corrente elettrica sul corpo umano sono ben noti a tutti. Ma come ci proteggiamo da eventuali contatti diretti e indiretti? TRAMITE L INTERRUTTORE DIFFERENZIALE NICOLO' CALI' 5A et 7

8 LE SITUAZIONI DI PERICOLO CONTATTI DIRETTI Un contatto diretto si ha quando si viene a contatto con una parte attiva dell'impianto, ovvero una parte normalmente in tensione, come ad es. un conduttore, un morsetto o l'attacco di una lampada. CONTATTI Un contatto INDIRETTI indiretto si verifica quando un individuo viene in contatto con parti metalliche che si trovano in tensione elettrica. NICOLO' CALI' 5A et 8

9 L INTERRUTTORE DIFFERENZIALE CONTATTI DIRETTI Per proteggere dai contatti diretti, l interruttore differenziale deve essere ad alta sensibilità, cioè con corrente differenziale nominale minore o uguale a 30 ma, e deve avere inoltre un tempo di intervento molto breve, di pochi millisecondi. CONTATTI INDIRETTI Per proteggere dai contatti indiretti, l interruttore differenziale deve essere correttamente correlato all impianto di terra. Se l isolamento di un utilizzatore connesso all impianto elettrico si guasta, si può creare un collegamento tra la linea elettrica e la massa, la quale può diventare causa di folgorazione se toccata. Inoltre un guasto simile può produrre calore per effetto Joule con un conseguente sviluppo di incendio. NICOLO' CALI' 5A et 9

10 L INTERRUTTORE DIFFERENZIALE Per evitare che l interruttore differenziale si accorga del guasto solo nel momento in cui un corpo umano entra in contatto con una massa, compiendo un ponte fase-terra, è necessario che gli apparecchi con carcassa metallica siano collegati ad un adeguato impianto di terra. Il primo collegamento utile alla sicurezza, viene effettuato all interno dell utilizzatore in fase costruttiva e consiste nel collegamento elettrico tra la massa e l alveolo centrale della spina elettrica. Gli unici utilizzatori che non utilizzano l impianto di terra sono quelli di classe 2 riconoscibili dal simbolo Essendo dispositivi considerati a rischio presentano un doppio strato di isolamento dei conduttori e perciò sono più sicuri non collegati all impianto di terra NICOLO' CALI' 5A et 10

11 L INTERRUTTORE DIFFERENZIALE Per evitare che l interruttore differenziale si accorga del guasto solo nel momento in cui un corpo umano entra in contatto con una massa, compiendo un ponte fase-terra, è necessario che gli apparecchi con carcassa metallica siano collegati ad un adeguato impianto di terra. Collegando l utilizzatore alla presa elettrica, si porta quindi al potenziale del terreno ogni sua parte metallica. In questo modo, in caso di guasto la corrente verrà dispersa verso terra facendo sì che l interruttore magnetotermico si accorga della dispersione. In che modo se ne accorge? NICOLO' CALI' 5A et 11

12 L INTERRUTTORE DIFFERENZIALE Per capire il suo funzionamento bisogna analizzarne il metodo costruttivo. Il principio di funzionamento: Il principio di funzionamento dell interruttore differenziale è basato su una condizione di equilibrio di flusso magnetico. E infatti composto da un circuito magnetico su cui sono avvolti dei solenoidi. In caso di funzionamento ordinario, si ha una situazione di equilibrio che annulla reciprocamente il flusso prodotto. In caso di squilibrio, il flusso magnetico non è più nullo ed è sufficiente per attirare l ancorina che causa l apertura del circuito. Il nome è dato dal suo principio di funzionamento, basato sull eventuale rilevazione di differenza di corrente elettrica rilevata tra l ingresso e l uscita in caso di dispersione verso terra. NICOLO' CALI' 5A et 12

13 L impianto di terra è costituito da: Dispersore intenzionale o artificiale (DA), ottenuto mediante picchetti (puntazze) L IMPIANTO DI TERRA Dispersore di fatto o naturale (DN), costituito da strutture metalliche interrate come ferri d armatura Conduttore di terra (CT), collega i dispersori fra loro e al collettore principale di terra Collettore principale di terra, è il nodo principale, realizzato mediante sbarra o morsettiera, al quale fanno capo le diverse parti dell impianto Conduttore di protezione (PE), collega le masse al collettore principale di terra tramite il PE montante NICOLO' CALI' 5A et 13

14 L impianto di terra è costituito da: Dispersore intenzionale o artificiale (DA), ottenuto mediante picchetti (puntazze) L IMPIANTO DI TERRA Dispersore di fatto o naturale (DN), costituito da strutture metalliche interrate come ferri d armatura Conduttore di terra (CT), collega i dispersori fra loro e al collettore principale di terra Collettore principale di terra, è il nodo principale, realizzato mediante sbarra o morsettiera, al quale fanno capo le diverse parti dell impianto Conduttore di protezione (PE), collega le masse al collettore principale di terra tramite il PE montante NICOLO' CALI' 5A et 14

15 L impianto di terra è costituito da: Dispersore intenzionale o artificiale (DA), ottenuto mediante picchetti (puntazze) L IMPIANTO DI TERRA Dispersore di fatto o naturale (DN), costituito da strutture metalliche interrate come ferri d armatura Conduttore di terra (CT), collega i dispersori fra loro e al collettore principale di terra Collettore principale di terra, è il nodo principale, realizzato mediante sbarra o morsettiera, al quale fanno capo le diverse parti dell impianto Conduttore di protezione (PE), collega le masse al collettore principale di terra tramite il PE montante NICOLO' CALI' 5A et 15

16 Sono ora spiegati i dispositivi che troviamo in un tipico quadro elettrico in un impianto civile Interruttori magnetotermici Interruttore differenziale In questo quadro, possiamo notare tre linee differenti, una linea luce, e 2 linee prese, relative al primo piano e al secondo piano. Questo viene effettuato per avere maggiore selettività, così in caso di guasto avremo solo una linea temporaneamente fuori uso. NICOLO' CALI' 5A et 16

17 DIMENSIONAMENTO Dimensionare un impianto elettrico, significa principalmente determinare: IL TIPO DI CAVO DA UTILIZZARE, STABILENDONE SEZIONE E ISOLANTE. LE PROTEZIONI IN BASE AL TIPO DI CAVO SCELTO E AL SUO UTILIZZO. NICOLO' CALI' 5A et 17

18 SEZIONE E ISOLANTE DI UN CAVO ELETTRICO: Il primo fattore di cui tener conto nel dimensionare una linea elettrica è il valore di corrente che la percorrerà. Questo valore dipende dalla potenza degli utilizzatori collegati. Per un corretto dimensionamento bisogna tener conto della seguente relazione: I b I n I z Ib = corrente di impiego In = corrente di intervento del magnetotermico Iz = portata del cavo NICOLO' CALI' 5A et 18

19 Ipotizzando utenze elettriche come.. 1 kw 1 kw 2 kw 0,3 kw 2 kw NICOLO' CALI' 5A et 19

20 Si può dedurre una potenza installata di oltre 6 kw. Tenendo però conto che le utenze non funzionano tutte nello stesso tempo (coefficiente di contemporaneità), la potenza contrattuale impegnata può essere calcolata in 3 kw. Una volta calcolata la potenza impegnata, si può facilmente calcolare la corrente di impiego: (per circuiti monofase) Ib = P / (Vx cosfi) Utilizzando contemporaneamente tutti gli utilizzatori, si impiegherebbe una potenza di oltre 6 kw che essendo superiore a quella contrattuale farebbe scattare l interruttore automatico. A questo punto si sceglierà un cavo che abbia un valore Iz di portata maggiore del valore di corrente di impiego. NICOLO' CALI' 5A et 20

21 Una volta stabilita la sezione del cavo da impiegare, bisogna ancora tener conto.. della NICOLO' CALI' 5A et 21

22 Questo valore è imposto da normativa e deve essere minore del 4% della tensione nominale. La caduta di tensione è la differenza di potenziale tra due punti di un conduttore attraverso il quale scorre una corrente. E un fenomeno che potrebbe causare problemi se verificato in valori elevati. La maggior parte degli elettrodomestici hanno un range di tensione di funzionamento. Se a monte del conduttore si ha un valore troppo distante da quello di partenza si potrebbero avere malfunzionamenti. Come si può notare sui dati di targa di un utilizzatore: NICOLO' CALI' 5A et 22

23 La caduta di tensione è la differenza di potenziale tra due punti di un conduttore attraverso il quale scorre una corrente. Il suo valore varia in base a: Sezione del cavo utilizzato Valore di corrente che attraversa la linea Lunghezza della linea NICOLO' CALI' 5A et 23

24 Nel caso il valore di V superi il 4% Bisogna necessariamente aumentare la sezione del cavo NICOLO' CALI' 5A et 24

25 COEFFICIENTI CORRETTIVI Nella procedura di dimensionamento della linea bisogna inoltre tener conto di due coefficienti di correzione: Coefficiente di correzione della temperatura ambiente (k1) - Coefficiente di riduzione per gruppi di cavi in fascio o strato (k2) Le portate vengono definite alla temperatura ambiente convenzionale di 30 C. Se la temperatura ambiente è più bassa rispetto a quella convenzionale, la portata aumenta, al contrario se la temperatura aumenta la portata diminuisce Il coefficiente di riduzione per gruppi di cavi tiene conto del numero di conduttori attivi posti in modo ravvicinato. All aumentare del numero di conduttori, il K2 si avvicinerà maggiormente a zero. NICOLO' CALI' 5A et 25

26 RELAZIONE TECNICA IMPIANTO FOTOVOLTAICO IN SCALA Scopo del progetto: Simulazione del funzionamento di un impianto fotovoltaico ad uso civile applicato a modellino di villetta in scala 1:1000, Descrizione: Realizzazione di un modellino di villetta al fine di mostrare il funzionamento di un impianto fotovoltaico ( stand-alone). Il modellino rappresenta, in scala, un impianto elettrico ad uso civile di una villetta di 300 mq circa di cui è realizzato il seguente progetto tecnico. Per motivi di praticità e sicurezza abbiamo optato per l utilizzo di apparecchiatura funzionante in 12 V DC. Inoltre simuleremo il funzionamento degli apparecchi di protezione della linea, da cortocircuito e sovraccarico(magneto-termico) tramite fusibili da 6A Calcolo della producibilità annua: Ipotesi di progetto: a) Villetta situata a Milano b) Angolo Azimut = 0 sud c) Angolo di tilt pannello = 30 d) Realizzazione di impianto fotovoltaico da 5 kwp Radiazione solare media annuale su Milano Rma= 1307 kwh/mq Valore standard di irraggiamento = 1kWp/mq Rendimento impianto = 0.75 Coefficiente correttivo - 0 sud e 30 tilt K = 1.13 (da tabella ministeriale) NICOLO' CALI' 5A et 26

27 Energia prodotta annua = Rma * * K * kwp = 1307 kwh/mq * 0.75 * 1.13 * 5 kwp = [Analisi dimensionale dato irraggiamento standard di 1Kwp/mq commutiamo la grandezza mq con kwp => 1307Kwh/mq = 1307 kwh/kwp] =5538 kwh prodotti in un anno Dato il costo al kwh dell energia elettrica = 0.15 cent si può dedurre un risparmio annuo di 1107 Per mantenere la proporzione in scala 1:1000, abbiamo utilizzato un modulo fotovoltaico da 5Wp NICOLO' CALI' 5A et 27

28 Materiale utilizzato per la realizzazione del modello in scala: N.1 Casa sezionata in scala 1/200 N.5 Luci led N.1 Modulo fotovoltaico N.1 Regolatore di carica N.1 Batteria al piombo ermetica 6Ah N.6 Interruttori (5 stanze +1generale) N.1 Pulsante N.1 Campanello NICOLO' CALI' 5A et 28

29 Tensione Potenza Nominale Tensione a punto massimo (Vmp) Corrente a punto massimo (Imp) Tensione a circuito aperto (Voc) Corrente a corto circuito (Isc) 12 V 5 Wp V 0.27 A 22 V 0.29 A Celle/Modulo 36 Dimensione Peso 260 x 220 x 18 mm 0.8 Kg NICOLO' CALI' 5A et 29

30 Descrizione del lavoro svolto Il modellino acquistato presentava un basilare cablaggio elettrico delle stanze, collegate in serie. La necessità di controllare singolarmente l accensione di stringhe di led, da noi aggiunte al fine di ottenere un illuminazione ottimale, ci ha portato ad effettuare un completo ricablaggio della struttura. Il modulo solare produce una tensione di circa 12 V in condizioni standard di irraggiamento solare. La tensione prodotta viene accumulata tramite l utilizzo di una batteria al piombo anch essa da 12V per poter usufruire dell energia anche i condizioni di scarso o assente irraggiamento solare. Il regolatore di carica ha lo scopo di regolare il parametro di corrente necessaria alla corretta ricarica della batteria e di stabilizzare la tensione in uscita ai morsetti a cui vengono collegati gli utilizzatori. NICOLO' CALI' 5A et 30

31 Caratteristiche tecniche del Selezione automatica della tensione (12 o 24V) Funzione crepuscolare e timer regolabile Protezione del sovraccarico (sia in ingresso che in uscita) Protezione dalla sovratemperatura Protezione dalla polarità inversa (sia per i moduli che per le batterie) Pre-allarme di batteria scarica tramite LED Protezione della batteria dall'eccessiva carica (evita il sovraccarico della batteria che la rovinerebbe) Protezione della batteria dall'eccessiva scarica (evita la scarica completa della batteria che ne diminuirebbe la vita) Indicazione stato di carica e malfunzionamenti del sistema con LED regolatore di carica: NICOLO' CALI' 5A et 31

32 Modello EP5 Tensione di sistema (V) 12/24 Corrente max ingresso (A) 5 Corrente max uscita (A) 5 Massimo autoconsumo (ma) 6 Coefficiente di compensazione della temperatura -30mV/ C/12V Tensione di uscita (V) 12/24 Umidità 10%-90% NC Temperatura di funzionamento da -35º a +55º (ºC) Tipo di carica Serie PWM (4 fasi) Grado di protezione IP 30 Dimensioni (mm) 97 x 66 x 25 Peso (Kg) 0.05 NICOLO' CALI' 5A et 32

33 Controller di comando: Per controllare l accensione singola di ogni stanza abbiamo realizzato un controller di comando adattando una scatoletta in plastica inserendovi 6 interruttori (1 per ogni stanza + 1 generale) e un pulsante per azionare il campanello. Ogni interruttore interrompe il positivo della striscia di led attaccata al soffitto della stanze in modo da poter scegliere quante e quali stanze accendere. NICOLO' CALI' 5A et 33

34 Strumenti di misura: Abbiamo voluto applicare al nostro impianto un voltmetro e un amperometro per poter controllare i valori di tensione prodotta dal pannello e la quantità di corrente assorbita dagli utilizzatori installati. Avendo a disposizione un amperometro di portata 100mA ed avendo un assorbimento massimo di circa 300 ma, abbiamo modificato l amperometro installando ai suoi capi una resistenza in parallelo del valore di 2/3 della resistenza interna all amperometro. In questo modo, la corrente si distribuisce per 1/3 nell amperometro e per 2/3 viene assorbita dalla resistenza. Il valore reale di corrente sarà quindi interpretabile moltiplicando X3 il valore di lettura dell amperometro NICOLO' CALI' 5A et 34