M333 - ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE

Transcript

1 M - ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Indirizzo: ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE Tema di: IMPIANTI ELETTRICI (Testo valevole per i corsi di ordinamento e per i corsi sperimentali del Progetto SIRIO Elettrotecnica e Automazione) Si deve dimensionare l impianto elettrico per l illuminazione di una strada lunga circa 450 m. In accordo con i calcoli illuminotecnica, già effettuati, si utilizzano: - apparecchi di illuminazione con lampade a vapori di sodio ad alta pressione (tensione nominale 20V, potenza nominale 250W, potenza dissipata dall alimentatore 27W, fattore di potenza 0,9, corrente assorbita all accensione 1,5 la corrente nominale); - sostegni con altezza fuori terra pari a 9 m e distanti circa 0 m l uno dal successivo. L impianto in esame è alimentato direttamente in bassa tensione dall Ente Distributore di zona, con fornitura trifase, sistema TT, tensione 20/400V-50Hz. La distanza tra il gruppo di misura (contatore) e l inizio della strada in esame è circa di 50 m. Allo stesso gruppo di misura sono allacciati i circuiti che alimentano, attraverso diversi quadretti di distribuzione, gli impianti di illuminazione di altre strade. Il candidato, fatte le opportune ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie, determini: 1) le caratteristiche della linea di distribuzione principale e della derivazione tra linea principale e lampada (sezione, portata, composizione, c.d.t., Icc, energia specifica ammissibile, θr, ecc.); 2) le caratteristiche degli apparecchi per la protezione contro le sovracorrenti e se è indispensabile, a tal fine, prevedere una esplicita protezione in corrispondenza delle derivazioni fra linea principale e lampada; ) la caratteristiche dei sistemi da adottare per la protezione contro i contatti diretti ed indiretti; Infine il candidato disegni: - uno schema planimetrico di massima dell impianto; - lo schema unifilare del quadro elettrico di alimentazione, prevedendo la possibilità di una accensione automatica e di una parzializzazione (riduzione) dell illuminazione (a notte inoltrata quando la strada è scarsamente utilizzata) tramite interruttore orario e relè crepuscolare. Durata massima della prova: 5 ore. E consentito soltanto l uso di manuali tecnici e di calcolatrici tascabili non programmabili. Non è consentito lasciare l Istituto prima che siano trascorse 2 ore dalla dettatura del tema.

2 DATI DI PROGETTO Un lstrada 400. V cosφ 0.9 Kspunto 1.5 C 1. K ms 10. s 450. m interdistanza 0. m lsostegno 9. m distanzaquadro 50. m RISOLUZIONE npuntiluce lstrada interdistanza npuntiluce = 15 che verranno uniformemente distribuiti su tre linee monofase L1N, L2N e LN. Ppuntoluce 250. W 27. W Ipuntoluce Ppuntoluce Un.cosφ Ipuntoluce = 1. A P1fase npuntiluce. Ppuntoluce P1fase = 1.85 kw IB1fase P1fase Un. cosφ IB1fase = A IB1fasespunto Kspunto. IB1fase IB1fasespunto = A Ipuntoluce_r Ipuntoluce. cosφ Ipuntoluce_r = A sinφ acos( cosφ) Ipuntoluce_x Ipuntoluce. sinφ Ipuntoluce_x = A Si esegue ora il dimensionamento in caduta di tensione della sezione della linea dorsale (linea con carichi distribuiti) con il metodo dei momenti amperometrici, considerando la linea più lunga, ovvero la fase numero (LN). Mr Ipuntoluce_r. ( 125. m 215. m 05. m 95. m 485. m) Mr = m. A Mx Ipuntoluce_x. ( 125. m 215. m 05. m 95. m 485. m) Mx = m. A Si assume una resistività del rame nelle condizioni di impiego del cavo in EPR, ovvero alla temperatura di regime massima ipotizzata: θmax 45. C ρ mm 2 Ω. α C 1 m Prof. Daniele TREVISANI -

3 ρmax ρ0.( 1 α. θmax) ρmax = Ω. mm2 m Si ipotizza un caduta di tensione percentuale massima del 4%: il.5% sula dorsale e lo 0.5% sulle singole derivazioni. Dunque: Un UF.5. UF = 8.08 V 100 La c.d.t. sulla fase (sola andata) della linea monofase considerata varrà dunque: E UF 2 E = V Risulta, assumendo come valore approssimato della reattanza della linea in cavo xl 0.1. Ω km Smin ρmax. Mr E xl. Mx Smin = mm 2 valore commerciale Sdors 10. mm 2 Si devono verificare a questo punto le altre due condizioni (portata e energia specifica ammissibile) oltre all'ipotesi sulla temperatura massima di regime della linea. Trattandosi di una linea monofase in cavo unipolare isolato in EPR, posa in un unico tubo interrato a profondità standard di 80 cm, 2 conduttori caricati, circuiti, resistività del terreno standard 1.5Km/W, temperatura del terreno standard 20 C, si ha: I0 7. A K1 1 K2 0.7 K 1 K4 1 e la portata effettiva nelle condizioni di posa risulta: Iz K1. K2. K. K4. I0 Iz = 51.1 A che è >> IB1fase Ipotizzando un valore efficace della componente permanente della corrente di cortocircuito trifase sul quadro di consegna della fornitura di energia: IccpF 6. ka ed assumendo un tempo di intervento delle protezioni contro il cortocircuito (sganciatori magnetici) massimo pari a: timax 10. ms si stima (metodo approssimato) una energia specifica passante massima nelle condizioni peggiori pari a: Prof. Daniele TREVISANI -

4 IccpF 2. timax = s. A 2 Il cavo scelto risulta avere una energia specifica ammissibile ( KEPR 14. s 0.5 A. ) pari a: mm 2 KEPR 2. Sdors 2 = s. A 2 che è >> dell'energia specifica passante Verifichiamo infine l'ipotesi sulla temperatura di regime del cavo. Sapendo che al limite della portata la temperatura del cavo non dovrà superare: θz 90. C e che θamb 20. C ne segue θz θz θamb e: 2 θr θz. IB1fase θr = 1.19 C che è << della temperatura θmax ipotizzata. Iz La sezione S = 10 mm2 appare dunque adeguata sotto tutti i punti di vista. Per le derivazioni si sceglie, vista la modestissima corrente di impiego e la ridotta lunghezza, una sezione in cavo unipolare isolato in EPR pari a: Sderiv 1.5. mm 2 rderiv Ω xderiv Ω km km con portata Iz 22. A con c.d.t. 2. Ipuntoluce. ( rderiv. cosφ xderiv. sinφ) lsostegno. = 0.19 % Un con energia specifica ammissibile pari a: KEPR 2. Sderiv 2 = s. A 2 che potrebbe apparire insufficiente e dunque richiedere la presenza di un dispositivo di protezione contro il cortocircuito (ad esempio un fusibile) all'interno del palo di sostegno, in corrispondenza della derivazione dalla linea dorsale. Viceversa si potrebbe: 1) valutare la reale corrente di cortocircuito massima, e dunque la effettiva energia specifica passante massima in corrispondenza della derivazione più sfavorita (la prima); 2) utilizzare le curve dell'energia specifica passante fornite dal costruttore del dispositivo di protezione dal cortocircuito (DPCC) utillizzato. Scegliendo ad esempio un interruttore automatico magneto-termico tipo C60N della ditta Schneider l'energia specifica passante per una corrente di cortocircuito presunta di valore efficace pari a 6kA risulta di circa: I 2 t A 2. s (molto al di sotto di quanto precedentemente stimato) e dunque la sezione di 1.5 mmq appare adeguata sotto tutti i punti di vista e non è indispensabile, ai fini della sicurezza, la presenza di un DPCC in corrispondenza di ogni derivazione. Potrebbe tuttavia essere opportuno ai fini di una maggiore selettività (e dunque continuità di esercizio) dell'impianto (in caso di cortocircuito su di una lampada/sostegno solo quel punto luce verrebbe messo fuori servizio e non tutti quelli collegati sulla medesima fase). Prof. Daniele TREVISANI -

5 I conduttori, del diametro esterno di circa 9 mm, verranno interratti in numero di 9 ( linee monofase L-N-PE) all'interno di un unico tubo 750N che dovrà avere diametro interno minimo pari ad 1. volte il diametro del cerchio circoscritto al fasci di cavi che vale circa 40 mm. Dunque: dint_min mm dint_min = 52 mm Si dovrà perciò utilizzare un tubo con diametro nominale minimo pari a 6 mm. Si sceglie un tubo con diametro nominale pari a 80 mm. Seguono uno schema planimetrico dell'impianto di illuminazione, uno schema elettrico unifilare ed un fronte quadro (incompleto, e da modificare nei valori dei vari parametri e grandezze elettriche dell'impianto) del quadro di distribuzione. Prof. Daniele TREVISANI -

6

7

8

9