Introduzione alla. distribuzione di energia elettrica e ai. sistemi trifase. Gianluca Susi, PhD

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1 Introduzione alla distribuzione di energia elettrica e ai sistemi trifase Gianluca Susi, PhD

2 Richiami preliminari Alternatore: macchina elettrica rotante basata sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica, per la trasformazione di energia meccanica in energia elettrica, sotto forma di corrente alternata. Valore efficace (Xrms o root mean square) di una funzione X periodica: radice quadrata della media dei quadrati dei valori istantanei, eseguita su un periodo. Per segnali sinusoidali si ha: Vrms V max/ 2

3 Distribuzione di energia elettrica (I) V g R g R l R u carico generazione trasmissione utilizzazione Trasmissione dell energia elettrica uso di trasformatori con altissimo rendimento energetico. 1:n m:1 R g R l R I I u V g V l I u l V u g carico generazione trasmissione utilizzazione n V g = V l (1/m) V l = V u (1/n) I g = I l m I l = I u Le elevate tensioni e le (relativamente) basse correnti in linea permettono la trasmissione di energia elettrica a grande distanza, limitando le perdite di energia e le cadute di tensione.

4 Distribuzione di energia elettrica (II) IERI (DC): Produzione Effettuata in corrente continua Consegna Alla stessa tensione entro brevi distanze Prod. Centrali elettriche OGGI (AC, con sist. trifase): Trasm. Distr. DISTR.PRIMARIA: Linee elettriche ad AT ( KV) KV Fino alle stazioni Cab.prim. ricevitrici alle porte delle città DISTR.SECONDARIA: Linee elettriche a MT (5-25 KV) Linee elettriche a BT ( V) Consegna 400V trifase contatore utente Autotrasf. ( MW) Trasf AT-MT (10-60 MW) Cab.sec. Trasf MT-BT ( KW) NB: Le tensioni sono indicate in valori efficaci

5 Sistema trifase Particolare sistema di produzione, trasmissione, trasformazione e utilizzazione dell energia elettrica basato su tre tensioni elettriche alternate con tali caratteristiche: stessa frequenza stesso valore efficace stessa differenza di fase (120 ) SIST. SIMMETRICO I generatori elettrici presenti nelle centrali di produzione (alternatori), le linee di trasmissione, le cabine di trasformazione, sono tutti di tipo trifase. Anche alcuni tipi di utilizzatori, come macchine dotate di motori elettrici, sono di tipo trifase; gli impianti domestici, pur essendo di tipo monofase, sono alimentati tramite derivazioni di un sistema trifase.

6 Generatore trifase Un sistema trifase di tensioni e correnti viene generato normalmente da un alternatore trifase: una macchina elettrica che può essere considerata come l insieme di tre generatori monofase, ognuno dei quali sviluppa una f.e.m. alternata sinusoidale. Terna trifase 2p/3 somma = 0 per ogni t Nella rappresentazione dei circuiti, il generatore trifase viene considerato come l insieme di tre generatori monofase, ognuno dei quali corrisponde alle tre fasi della macchina reale. A seconda che le fasi dell alternatore siano collegate a stella o a triangolo, si hanno due diverse configurazioni. t

7 Modalità di connessione del generatore trifase Generatore in connessione a stella 1 L1 E 1 E (N) E 2 2 L2 L3 Generatore in connessione a triangolo 1 L1 E 31 3 E 23 E 12 L2 2 L3 Nel caso di connessione a stella, sono presenti 4 punti caratteristici del sistema: fase 1, fase 2, fase 3, centro stella (neutro). Nel caso di connessione a triangolo, sono pesenti 3 punti caratteristici del sistema: fase 1, fase 2, fase 3.

8 Tensioni di fase e tensioni di linea (I) 3 E (N) E 1 V12 E 2 2 V23 L1 V31 L2 L3 E 31 1 E 23 L1 V12 E 12 V31 3 L2 L2 2 V23 L3 Considerando un generatore trifase collegato a stella: E1, E2, E3 tensioni di fase (o stellate) V12, V23, V31 tensioni di linea (o concatenate) Nel caso di generatore trifase collegato a triangolo, è disponibile solo la terna di tensioni concatenate, che coincidono con le f.e.m. prodotte dalle tre fasi del generatore.

9 Tensioni di fase e tensioni di linea (II) E1, E2, E3 terna delle fasi V12, V23, V31 terna di linea (tensioni concatenate) Le tensioni Em presentano tra loro lo stesso sfasamento e lo stesso valore efficace. Le tensioni Vmn presentano tra loro lo stesso sfasamento e lo stesso valore efficace. Entrambe le classi di tensioni risultano simmetriche Conn. a stella: V12 = E1 - E2 V23 = E2 - E3 V31 = E3 - E1 Conn. a triangolo: V12 = E12 V23 = E23 V31 = E31 E facile trovare la relazione tra le due classi di tensioni (stellate e concatenate): A stella MOD: FASI: A triangolo MOD: V 3E V E FASI: V m E V mn mn E mn p 6

10 Modalità di connessione del carico Il carico trifase si dice equilibrato quando è costituito da tre impedenze uguali tra loro sia come modulo che come argomento. Carico in connessione a stella Carico in connessione a triangolo Z Z Z Z Z N Z Quando le impedenze sono tra loro diverse (ne basta una), il carico si dice squilibrato.

11 Trasformazioni stella-triangolo in carichi squilibrati A E C E C = 0 B C Z AB E A Z E B BC E B = 0 Z CA carico a triangolo Y hk = 1 / ZY hk hk = 1 / Z hk Z AB Z CA Z BC Z A = Z AB Z CA / S Z hk Z B = Z AB Z BC / S Z hk Z C = Z BC Z CA / S Z hk carico a triangolo E C E C = 0 Y AB = Y A Y B / S Y k E A Y BC = Y B Y C / S Y k Y E B = E B 0 CA = Y C Y A / S Y k Y k = 1 / Z k ; A B C E Nc Z B Z A Z C carico a stella Y k = 1 / Z k E Nc = [S Y k E k ] / S Y k

12 Caratteristiche di consegna Le principali caratteristiche tecniche di consegna stabilite dalla normativa elettrica sono le seguenti: - Tensione nominale (in Italia 400V fase-fase, ovvero 230V fase-neutro) - Frequenza (in Italia 50 Hz; 60 Hz negli USA) - Corrente nominale massima (dipende dal contratto) - Massimo sfasamento ammesso dall ente erogatore

13 Riferimenti: - Dispense del corso di Elettrotecnica - M.Salerno - Manuale di impianti elettrici G.Conte - Come Allestire. Manuale tecnico/pratico per progettisti e allestitori - Paolo Plotini, Roberto Benfenati, Fulvio Onestini

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