CAPITOLO I GENERALITA SUL SISTEMA ELETTRICO PER L ENERGIA

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1 CAPITOLO I GENERALITA SUL SISTEMA ELETTRICO PER L ENERGIA 1. Inroduzione Il rasferimeno dell energia elerica dai luoghi in cui viene prodoa a quelli in cui viene uilizzaa avviene, salvo casi paricolari, in correne alernaa rifase. I vanaggi della correne alernaa rispeo a quella coninua sono noi. Si ricorda, a iolo di esempio: la possibilià di uilizzare il rasformaore, grazie al quale si possono adoare nel sisema elerico i livelli di ensione più adai alla produzione, rasmissione, disribuzione ed uilizzazione dell energia elerica prodoa; la maggiore facilià che si ha nell inerrompere correni alernae, grazie ai passaggi naurali per lo zero; la possibilià di impiegare per la produzione dell energia elerica il generaore sincrono, che, ra l alro, è una macchina più affidabile delle dinamo, soprauo nel caso in cui viene mossa da urbine a vapore che, per loro naura, sono adae per ale velocià. Ai suddei vanaggi ecnici, ed ad alri (caraerisiche di funzionameno, affidabilià, ecc.) su cui per brevià non ci si sofferma, è da aggiungersi anche il fao che, se si esclude il caso di rasmissione dell energia a grandissima disanza (olre circa 1000 km), la rasmissione in correne alernaa conviene anche dal puno di visa economico. Infai, pur essendo una linea di rasmissione in correne alernaa, a parià di condizioni, caraerizzaa da maggiori perdie e maggiore sezione condurice rispeo a quella in correne coninua, ques ulima presena cosi complessivi maggiori (almeno fino a quando non si raggiungono disanze di rasmissione molo elevae) per la presenza delle sazioni erminali in cui avviene la conversione da correne alernaa in correne coninua e viceversa (appendice I). I vanaggi ecnici dei sisemi rifase rispeo a quelli monofase sono, poi, legai essenzialmene a re moivi: la maggiore semplicià, sicurezza, rendimeno ed economicià del moore asincrono rifase rispeo a quello monofase; gli enormi vanaggi che presena il generaore sincrono rifase ripeo al generaore monofase; le minori cadue di ensione nelle linee (come si vedrà nel seguio). Vi è, inolre, da considerare che i sisemi rifase hanno cosi del maeriale

2 - I/2 - conduore delle linee inferiori a quelli del sisema monofase (App. I). È bene, però, osservare che, pur essendo gli impiani in correne alernaa rifase praicamene quelli universalmene impiegai ormai da quasi ceno anni, esisono alcuni casi, ualro che di imporanza rascurabile, in cui si impiegano ancora la correne alernaa monofase o la correne coninua. Ad esempio, il sisema monofase in correne alernaa rova impiego nell ambio degli impiani per la razione elerica e nel caso della disribuzione in bassa ensione, menre la correne coninua viene impiegaa nell ambio degli impiani per la razione elerica e negli impiani di rasmissione dell energia elerica sia quando è necessario rasmeere energia elerica a grandi disanze, per i moivi accennai in precedenza, sia quando, dovendo araversare il mare, l uso della rasmissione in correne coninua compora risparmi economici. 2. Cosiuzione del sisema elerico per l energia Il sisema elerico per l'energia ialiano é cosiuio dai subsisemi di produzione, dal subsisema di rasmissione, dai subsisemi di disribuzione e da quelli di uilizzazione. I suddei subsisemi sono sooposi a differeni livelli di conrollo delle varie grandezze eleriche che ne caraerizzano il funzionameno; ali conrolli si auano essenzialmene in cenri di supervisione, in grado di operare in empo reale. A dei cenri affluiscono informazioni dai subsisemi; da essi si diparono le isruzioni per l'esercizio oimale dell inero sisema o di pari di esso. 2.1 Subsisemi di produzione Per produrre energia elerica bisogna aingere da una fone di energia primaria. La produzione di energia elerica è quella che uilizza principalmene come fone di energia primaria: l energia idraulica, l energia ermica da combusibili fossili, l energia ermica da combusibili nucleari, l energia ermica di vapori naurali del soosuolo. Si hanno, quindi, due ipi di impiani di produzione dell energia elerica: gli impiani idroelerici, gli impiani ermoelerici. Esisono anche gli impiani idroelerici di produzione e pompaggio, che nella fase di pompaggio impiegano energia elerica disponibile in modo da avere energia idraulica disponibile nella fase di produzione. Va, inolre, ricordaa la produzione che uilizza come fone di energia primaria l energia solare e l energia eolica. Si hanno, quindi, anche gli impiani solare ed eolico. Tuo ciò premesso, al complesso degli impiani di produzione di cui sopra, spesso,

3 - I/3 - nel gergo usuale, si fa riferimeno con la dizione di impiani di produzione. La produzione ermoelerica radizionale (quella nucleare è assene nel nosro Paese) supera abbondanemene quella idroelerica. Ad oggi l'azienda che produce la maggior pare dell'energia elerica è il gruppo ENEL; alre imprese, quali le aziende municipalizzae, le imprese minori e gli auoproduori producono minori quaniaivi di energia; infine, esise uno scambio di energia elerica con l'esero. Sulla base delle opporunià offere dalla recene legislazione sulla liberalizzazione del mercao dell energia, come si vedrà nel par. 4, l ENEL ha ridoo il quaniaivo di energia prodoa cosicchè è aumenao in maniera considerevole l energia prodoa da alri. 2.2 Subsisema di rasmissione Il subsisema di rasmissione è cosiuio generalmene da una ree a configurazione magliaa i cui lai sono linee eleriche. La ensione nominale aualmene uilizzaa per la rasmissione è 380 kv; spesso, nel gergo usuale, si fa riferimeno a ale subsisema con la dizione di impiani di rasmissione. Per quano riguarda la cosiuzione della ree si può fare riferimeno allo schema unifilare 1 di principio indicao nella fig. I.1, in cui si evidenzia la configurazione magliaa della ree. I nodi 1 e 3 sono i nodi in cui viene riversaa l'energia prodoa da un impiano di produzione dopo essere saa rasformaa dalla ensione più adaa al funzionameno dei generaori sincroni alla ensione della ree di rasmissione. La rasformazione avviene nelle cosiddee sazioni di rasformazione annesse alle cenrali araverso rasformaori elevaori a rapporo fisso. Non si riiene giusificao inrodurre le complicazioni che la commuazione soo carico compora per il fao che la regolazione della ensione consenia dai generaori sincroni risula generalmene sufficiene. Il nodo 2 è il nodo da cui viene rasferia l energia al subsisema di disribuzione dopo essere saa rasformaa nella cosidea sazione primaria. La rasformazione nelle sazioni primarie avviene generalmene araverso auorasformaori abbassaori a rapporo variabile soo carico, per svincolare la ensione della ree a 380 kv da quella del subsisema di disribuzione. 1 I sisemi elerici rifasi - con le re fasi assune ideniche ed alimenae da sisemi simmerici di ensioni e con carichi rifasi equilibrai sono rappresenai, come si vedrà nel seguio del libro, araverso un circuio equivalene cosiuio da un circuio elerico monofase; queso circuio monofase è composo da una delle re fasi e da un conduore di riorno fiizio, avene caraerisiche eleriche nulle, chiamao neuro. Semplificando uleriormene queso schema, precisamene omeendo il conduore di riorno e indicando i vari componeni del sisema con i simboli fornii dalle Norme, si oiene il cosiddeo schema elerico unifilare, che si adoa quando si vuol dare in forma coincisa una rappresenazione dell inero sisema.

4 - I/ G 1 G 2 4 Fig. I.1 Schema unifilare di principio di un sisema elerico per l energia Il nodo 4 è il nodo di inerconnessione con un'alra ree, cioè un nodo in cui viene riversaa o da cui viene rasferia una cera quanià di energia verso una ree di una nazione confinane. Nell Ialia seenrionale esisono diversi nodi di inerconnessione da cui si diparono linee che collegano la nosra ree con quella delle nazioni confinani (Francia, Svizzera, ecc.). Per quano riguarda l Ialia meridionale, vi è, allo sao auale, un solo collegameno in correne coninua, via cavo soomarino, di inerconnessione con la Grecia. In prospeiva queso collegameno permeerà un proseguimeno verso la Turchia; inolre, sono in discussione accordi con l ex URSS e la Tunisia. La rasmissione di energia elerica può essere anche affidaa a una sola linea elerica che collega una sazione annessa alla cenrale ad una sazione primaria, ad esempio quando le risorse energeiche sono disponibili in sii ubicai a noevole disanza dai cenri di consumo. Per quano riguarda l Ialia, il subsisema di rasmissione è su ree che, negli anni passai, era gesia dall ENEL. Sulla base delle opporunià offere dalla recene legislazione sulla liberalizzazione del mercao dell energia, come si vedrà nel par. 4, la gesione della ree di rasmissione è ora affidaa alla Terna Ree Elerica Nazionale S.p.A Subsisemi di disribuzione Un subsisema di disribuzione (fig. I.2) è cosiuio da una ree di disribuzione primaria, da rei di disribuzione a media ensione (MT) e da rei di disribuzione a bassa ensione (BT); spesso, nel gergo usuale, si fa riferimeno a ale subsisema con la dizione di impiani di disribuzione. Ciascuna ree di disribuzione primaria, la cui ensione nominale è di 150 o 130 kv, riceve energia da nodi della ree di rasmissione araverso le sazioni primarie ed alimena le rei di disribuzione MT ramie le cosiddee sazioni AT/MT.

5 - I/5 - Ree di Trasmissione 380 kv Sazioni Primarie Ree di Disribuzione Primaria 150 o130 kv Sazioni AT/MT o Cabine Primarie Ree di Disribuzione MT 20 kv Ree di Disribuzione MT 20 kv Cabine MT/BT Ree di Disribuzione BT 380 V Ree di Disribuzione BT 380 V Ree di Disribuzione BT 380 V Ree di Disribuzione BT 380 V Fig. I.2 Varie pari di un subsisema di disribuzione Ciascuna ree di disribuzione MT, la cui ensione nominale è prevalenemene di 20 kv, origina dalle sazioni AT/MT con il secondario a sella con cenro sella isolao (fig. I.3 a)) o connesso a erra araverso una resisenza (fig. I.3 b)) o una induanza (fig. I.3 c)) e alimena le rei di disribuzione BT ramie cabine MT/BT. Le configurazioni variano in relazione alla densià di carico ed al livello di coninuià di alimenazione dell'uenza, con i più disparai schemi che vanno dalla configurazione magliaa a quella radiale in cui il flusso dell energia è unidirezionale. Ciascuna ree di disribuzione a BT, la cui ensione nominale è di 380 V, origina da una cabina MT/BT con il secondario a sella con cenro sella a erra (fig. I.4) e realizza l'ulima fase della disribuzione fino alla consegna alle piccole uenze con linee rifasi con neuro o con linee monofasi con neuro derivae dalle prime.

6 - I/6 - L 1 L 1 L 1 L 2 L 2 L 2 L 3 L 3 L 3 a) b) c) Fig. I.3 - a) Secondario a sella con cenro sella isolao; b) Secondario a sella con cenro sella connesso a erra araverso una resisenza di elevao valore; c) Secondario a sella con cenro sella connesso a erra araverso una induanza L 1 L 2 L 3 N Fig. I.4 - Secondario a sella con cenro sella a erra e con linee rifasi (L 1, L 2, L 3 ) con neuro (N) Negli anni passai la gesione dei subsisemi di disribuzione era affidaa principalmene all ENEL. Sulla base delle opporunià offere dalla recene legislazione sulla liberalizzazione del mercao dell energia, come si vedrà nel par. 4, la gesione in fuuro sarà privaizzaa. 2.4 Subsisemi di uilizzazione Un subsisema di uilizzazione è cosiuio dalle diverse uenze eleriche. In dipendenza delle poenze richiese, alcune uenze sono alimenae a parire dalle sazioni primarie, alre dalle sazioni AT/MT, alre, infine, a parire dalle cabine MT/BT. È uile specificare che ra le uenze eleriche spesso si includono, nel loro complesso, i sisemi elerici indusriali e quelli di rasporo; infai, i primi sono anche essi alimenai a parire dalle sazioni primarie o dalle sazioni AT/MT o, infine, dalle cabine MT/BT ed i secondi sono alimenai dalle sazioni primarie. Per quano riguarda più specificamene il sisema elerico indusriale, esso, seppure viso dalla ree di alimenazione come un unico uene, è, al suo inerno, un sisema

7 - I/7 - alquano complesso, in quano in esso possono essere preseni conemporaneamene un impiano di produzione, linee in ala, media e bassa ensione ed ueni in media e bassa ensione 2. Al fine di rendersi cono di ale affermazione, si faccia riferimeno, a iolo unicamene di esempio, alla fig. I.5, in cui è riporao lo schema unifilare di principio di un sisema elerico indusriale di media poenza. 150 kv Sazione AT/MT o Cabina Primaria G 20 kv 6 kv 0,38 kv M1 M2 M3 0,38 kv Fig. I.5 - Schema unifilare di principio di un sisema elerico indusriale di media poenza. Il sisema elerico indusriale della fig. I.5 è alimenao da un nodo della ree di disribuzione primaria araverso una sazione AT/MT (definia spesso cabina primaria) che alimena, a sua vola, una linea ad anello in media ensione. Ques ulima provvede a fornire energia elerica direamene alle uenze di poenza più elevaa e, araverso rasformaori abbassaori, ad una uleriore linea in media ensione, cui sono collegai i 2 E ineressane osservare che spesso alle rei di disribuzione in media e bassa ensione ciae nel par. 2.3 (e che sono di proprieà dei disribuori dell energia elerica) ed alle linee in media e bassa ensione preseni nel subsisema di uilizzazione (che sono, invece, di propieà degli uilizzaori) viene dao il nome di impiani elerici a media e bassa ensione.

8 - I/8 - moori di poenza più elevaa e da cui si dipare un rasformaore MT/BT con il secondario a sella con cenro sella a erra 3 per l alimenazione di piccoli moori con linee rifasi (fig. I.6) e di alre piccole uenze (luce, ecc.) con linee rifasi con neuro (fig. I.4). Dalla sessa linea in media ensione a 20 kv, araverso una classica cabina MT/BT vengono, poi, alimenai uleriori moori di piccola poenza con linee rifasi. L 1 L 2 L 3 Fig. I.6 - Secondario a sella con cenro sella a erra e con linee rifasi (L 1,L 2,L 3 ) E da noare, infine, la presenza di una piccola cenrale di produzione dell energia elerica; quesa può essere desinaa in pare alla produzione di energia per gli usi del sisema elerico indusriale sesso ed in pare per l immissione in ree al fine di vendia a erzi. L analisi della fig. I.5 chiarisce in modo inequivocabile il moivo per cui un sisema elerico indusriale viene considerao un sisema complesso (nella fig. I.5 mancano solo linee in ala ensione che nei sisemi indusriali di grossa poenza sono, comunque, preseni). 3. Classificazione degli impiani elerici Una classificazione degli impiani elerici spesso impiegaa li disingue in caegorie in base ai valori della ensione nominale. Si hanno infai impiani: di caegoria 0, se la ensione nominale U 50 V in c.a. oppure 120 V in c.c. di caegoria I, se 50 < U 1000 V in c.a. oppure 120 < U 1500 V in c.c. di caegoria II, se 1000 < U V in c.a. oppure 1500 < U V in c.c. di caegoria III, se la ensione nominale U > V sia in c.a. sia in c.c. Come evidene dalla classificazione le caegorie 0, I e II sono ipiche dei subsisemi di disribuzione a media e bassa ensione, menre la caegoria III è ipica del sub sisema di rasmissione e dei subsisemi di disribuzione primaria. Per quano riguarda gli impiani elerici di bassa ensione è in uso un uleriore 3 In alcune applicazioni il cenro sella può essere non collegao a erra.

9 - I/9 - classificazione Con riferimeno allo sao del neuro e allo sao delle masse, inendendo per massa una pare condurice di un componene elerico che può essere occaa e che in condizioni ordinarie non è in ensione ma che può divenarlo in condizioni di guaso, gli impiani elerici di bassa ensione, infai, vengono classificai in: TT (fig. I.7), TN-S (fig. I.8), IT (fig. I.9). L 1 L 2 L 3 N Fig. I.7 - Impiano TT L 1 L 2 L 3 N PE Fig. I.8 - Impiano TN-S L 1 L 2 L 3 PE Fig. I.9 - Impiano IT

10 - I/10 - dove con la prima leera si indica lo sao del neuro (T, neuro connesso direamene a erra; I, neuro isolao da erra), con la seconda leera lo sao delle masse (T, masse connesse a erra; N, masse connesse al neuro) e con la leera S l esercizio dell impiano TN con il neuro separao dal conduore di proezione PE. 4. Nuovo quadro legislaivo ialiano Il 16 marzo 1999 è sao emanao il Decreo Legislaivo n. 79 (Decreo Bersani) volo a recepire la direiva europea 96/92/CE che imponeva ai Paesi membri di definire le regole per la liberalizzazione del mercao dell energia elerica. Il Decreo Legislaivo n. 79, nel recepire la direiva europea, ha enuo, poi, in cono i vincoli sabilii dall aricolo n. 36 della legge 128/98 con cui il Parlameno Ialiano delegava il Governo ad emanare i decrei legislaivi per l auazione della direiva europea sessa. La Direiva Europea 96/92/CE sabiliva un quadro di principi generali sufficienemene ampio, all inerno del quale ciascun paese membro poeva scegliere ra più opzioni possibili. Le linee guida di ale quadro si possono così riassumere: viene liberalizzaa l aivià di produzione, imporazione ed esporazione dell energia elerica, nonché la cosruzione e l uso delle linee di rasporo, con il divieo di aribuire dirii esclusivi. Le rei di rasmissione e di disribuzione sono considerae monopoli naurali che possono essere dai in concessione con obblighi e dirii consegueni. E previsa la presenza di soggei responsabili della gesione, manuenzione e dello sviluppo delle rei di rasmissione e disribuzione, a cui debbono poer accedere gli alri operaori del mercao in condizioni di parià e senza discriminazioni. I gesori di ali rei, inolre, devono garanire la sicurezza e l affidabilià del servizio elerico; essi sono sceli dallo Sao o dalle imprese propriearie delle rei di rasmissione e di disribuzione. E imposa la presenza di ueni, dei clieni idonei, i quali possono acquisare energia elerica a prezzi liberi da qualsiasi produore, disribuore o grossisa. Nel 2004 la Commissione Europea ha approvao la nuova Direiva relaiva al mercao inerno dell elericià, la 2003/54/CE, che modifica e abroga le Direive 96/92/CE e 90/547/CEE. Le novià inrodoe dalla nuova Direiva riguardano principalmene l aperura complea del mercao dal lao della domanda e l adozione di una serie di misure concree per garanire parià di condizioni dal lao dell offera al fine di ridurre il rischio di posizioni dominani, ra cui l isiuzione obbligaoria di un Auorià di regolazione come organismo indipendene dagli ineressi dell indusria dell energia elerica, preposo ad assicurare l effeiva concorrenza, il funzionameno del mercao e comporameni non discriminaori.

11 - I/11 - I principali vincoli sabilii dalla legge delega 128/98 si possono così riassumere: deve essere applicaa una ariffa unica nazionale ad ueni, dei clieni vincolai, i quali sipuleranno conrai di forniura con il disribuore che esercia il servizio nella loro area errioriale; va isiuio un unico gesore della ree di rasmissione; va isiuio un inermediario, deo Acquirene unico, che garanisca ai clieni vincolai la disponibilià di energia elerica, la gesione dei conrai, la forniura e la ariffa unica di cui al primo puno; deve essere incenivao l uso delle energie rinnovabili e il risparmio energeico. Tenendo cono della direiva europea 96/92/CE e della legge delega 128/98, il decreo legislaivo 79/99 ha definio gli elemeni fondamenali del nuovo asseo dell energia elerica in Ialia. Tale decreo prevede i segueni operaori del mercao dell energia: i Produori; il Gesore della ree di rasmissione; i Disribuori; i Clieni idonei e vincolai; l Acquirene Unico; il Gesore del Mercao. La siuazione auale, olre che dal decreo legislaivo 79/99 e dai suoi provvedimeni di auazione, è anche deerminaa da alre leggi emanae successivamene al decreo, quali la legge 55/02 (legge di conversione del cosiddeo decreo sblocca cenrali ), la legge 290/03 (cosiddea legge ani-blackou) e la legge 239/04 (legge di conversione del cosiddeo decreo Marzano ). 4.1 I Produori Il decreo 79/99 sabilisce la libera concorrenza ra i produori. La proprieà e la gesione degli impiani di produzione dell ENEL S.p.A. 4 verrà assegnaa a socieà per azioni. Inolre, a nessun soggeo é consenio di produrre o imporare più del 50 % del oale dell energia elerica prodoa e imporaa in Ialia. Per ale moivo l ENEL S.p.A. ha ceduo circa MW della propria poenza insallaa (circa il 25 % del suo parco impiani) secondo un piano di dismissioni approvao dal Governo con Decreo della Presidenza del Consiglio dei Minisri del 4/8/99; in queso decreo sono sai individuai gli 4 Dopo olre 35 anni dalla sua nascia, avvenua nel 1962, l ENEL si è rasformaa in socieà per azioni assumendo la denominazione di ENEL S.p.A., a cui sono sae rasferie in concessione le aivià del vecchio ene.

12 - I/12 - impiani da cedere (14 ermoelerici e 7 idroelerici) prevedendone l accorpameno in 3 Socieà: Eurogen, Elerogen ed Inerpower cui sono sai conferii impiani per circa 7000, 5000 e 2500 MW, rispeivamene. Nel nuovo asseo di libero mercao della produzione di energia elerica devono essere eliminae le forme di incenivo previse dalla legislazione precedene per la produzione da foni rinnovabili e da impiani indusriali ad elevaa efficienza energeica (impiani di cogenerazione ed impiani a recupero di energia) 5, in quano gli incenivi saali possono creare delle deformazioni del mercao concorrenziale. Per favorire la produzione da foni rinnovabili, il decreo n. 79/99 impone l obbligo per i produori che immeono nel sisema elerico quanià di energia che eccedono i 100 GWh/anno (al neo della cogenerazione e degli auoconsumi) di immeere anche una quoa di energia prodoa da nuovi impiani da foni rinnovabili in misura del 2 % della quanià di energia eccedene i 100 GWh sessi (ale valore dal 2003 è sao incremenao dello 0,35 %). Tali foni di energia, essendo a ridoissimo impao ambienale, hanno la priorià assolua di immissione in ree; dopo ale fone, ha priorià di immissione, essendo caraerizzai da elevai rendimeni, l energia prodoa da impiani di cogenerazione. Si fa noare che il decreo legislaivo 387/2003, che recepisce la direiva comuniaria sulla promozione dell'energia elerica prodoa da foni energeiche rinnovabili, ha sabilio un aumeno annuo della quoa dello 0,35 %, a parire dal Il Gesore della Ree di Trasmissione Le aivià di rasmissione e riparizione della produzione, ivi compresa la gesione unificaa della ree di rasmissione nazionale, sono sae riservae allo Sao e aribuie inizialmene in concessione ad un unica Socieà per Azioni, dea Gesore della Ree di Trasmissione Nazionale (GRTN). Il GRTN: ha gesio la ree di rasmissione indipendenemene dalla proprieà della sessa, sipulando con le Socieà che dispongono di rei di rasmissione opporune convenzioni. Ha gesio i flussi di energia, le inerconnessioni ed i servizi ausiliari necessari. Ha garanio la sicurezza, l affidabilià, l efficienza ed il minor coso dei servizi e degli approvvigionameni. Ha gesio la ree in modo imparziale, senza discriminazione alcuna ra ueni. Ha deliberao gli inerveni di manuenzione e di sviluppo della ree. Ha assicurao l accesso alla ree in ermini parieici a ui gli aveni dirio, nel rispeo delle regole ecniche e delle condizioni ecnico-economiche fissae dall Auorià per l energia e per il gas (nel seguio denominaa Auorià). Ha adoao, sulla base delle direive dell Auorià, regole ecniche di caraere obieivo 5 Legge n. 10 del 9/1/91, nella fase di realizzazione, e provvedimeni del CIP e dell Auorià per l energia e per il gas, nella fase di funzionameno.

13 - I/13 - e non discriminaorio, in maeria di progeazione e funzionameno degli impiani di produzione e delle rei. Ha gesio gli impiani alimenai da foni rinnovabili. A seguio del DPCM 11 maggio 2004, invece, la socieà responsabile in Ialia del dispacciameno e della rasmissione dell energia elerica sulla ree ad ala e alissima ensione su uo il erriorio nazionale è divenaa Terna - Ree Elerica Nazionale S.p.A. Tale asseo è il risulao dell acquisizione nel mese di novembre 2005, da pare di ale ulima Socieà, del ramo di azienda del GRTN che fino ad allora aveva svolo ali compii. Terna-RTN, olre alle suddee funzioni, ha anche la proprieà di olre il 90 % della Ree di Trasmissione Nazionale, cioè della ree ad ala e alissima ensione. In paricolare Terna possiede: Linee a 380 kv: km Linee a 220 kv: km Linee <150 kv: km 300 sazioni di rasformazione e smisameno 3 cenri di eleconduzione. Sono rimase di compeenza del GRTN ue le aivià connesse alle foni rinnovabili. 4.3 I Disribuori I Disribuori operano in regime di concessione renennale e sono remunerai in base a ariffe sabilie dall Auorià. Essi sono obbligai a conneere alle proprie rei ui i soggei che ne facciano richiesa, senza compromeere la coninuià del servizio e purché siano rispeae le regole ecniche nonché le disposizioni emanae in maeria di ariffe, conribui ed oneri. Al fine di ridurre, almeno nei comuni dove ENEL e municipalizzae operavano insieme, la posizione di preminenza dell ENEL sul erriorio nazionale, il Decreo n. 79/99 prevede l unicià della concessione per ambio comunale e favorisce, nei comuni dove operano più disribuori, iniziaive di aggregazione negoziae ra le pari ed approvae dal Minisero delle Aivià Produive. 4.4 I Clieni idonei e vincolai I clieni idonei possono acquisare energia elerica da qualsiasi produore, disribuore o grossisa, sia in Ialia sia all esero. Nella caegoria sono compresi i soggei di seguio riporai. Inizialmene, sono sai considerai clieni idonei i clieni finali che avevano consumi non inferiori a 9 GWh, i consorzi di imprese che rispeavano la sessa soglia ed ai quali

14 - I/14 - aderivano aziende con consumi minimi di 1 GWh ed i cosiddei clieni mulisio, cioè doai di più puni di misura, senza alcun vincolo errioriale, il cui consumo era risulao superiore nel 2001 a 1 GWh in ogni puno e, complessivamene, a 40 GWh. Successivamene, secondo il collegao alla finanziaria 2000, a decorrere dal novanesimo giorno dalla cessione di MW da pare dell ENEL sono sai considerai clieni idonei ui i clieni finali, singoli od associai, aveni un consumo minimo nell anno in un unico puno del erriorio nazionale (riferio all anno precedene) pari a 0,1 GWh. Aualmene, la legge 239/04 prevede, in linea con la direiva comuniaria 2003/54/CE, che a decorrere dal , è cliene idoneo ogni cliene finale non domesico e che, a decorrere dal , è cliene idoneo ogni cliene finale. I disribuori, limiaamene all energia elerica desinaa a clieni di cui sopra connessi alla propria ree. Gli acquireni grossisi, limiaamene all energia elerica desinaa a clieni di cui sopra con cui hanno sipulao conrai di vendia. I soggei cui è conferia da alri sai la capacià giuridica di concludere conrai di acquiso o forniura di energia elerica scegliendo il vendiore o il disribuore, limiaamene all energia consumaa al di fuori del erriorio nazionale. L Azienda cosiuia dalle Province di Bolzano e Treno. I clieni vincolai sono, invece, quelli legiimai a sipulare conrai esclusivamene con il disribuore della zona errioriale dove essi si rovano. Ad essi è assicuraa parià di raameno, anche ariffaria, su uo il erriorio nazionale. I clieni idonei possono chiedere all Acquirene Unico, di cui si parlerà nel seguio, di essere compresi nel mercao dei clieni vincolai per un biennio, rinnovabile una sola vola. 4.5 L Acquirene Unico Il decreo n. 79/99 prevede la cosiuzione di una socieà per azioni denominaa Acquirene Unico, che è saa cosiuia il 5/11/99 e che ha, appuno, il compio di sipulare e gesire conrai di forniura ai clieni vincolai, garanendo loro parià di raameno, anche ariffario. 4.6 Il Gesore del Mercao L organizzazione del mercao dell energia elerica è affidaa ad una Socieà per azioni denominaa Gesore del Mercao (GME) cosiuia dal GRTN il 27/6/2000. Ad essa è affidaa la gesione delle offere di vendia e di acquiso dell energia elerica e di ui i servizi connessi. Il GME organizza il mercao sulla base di crieri di neuralià, rasparenza e non

15 - I/15 - discriminazione assicurando la concorrenza ra operaori e l efficienza nel seore. 5. Componeni del sisema elerico per l energia I componeni fondamenali del sisema sono: i generaori sincroni, i rasformaori, le linee eleriche, i carichi. Nel sisema rovano poso anche alri componeni (gli apparecchi di manovra e di misura, i relè, i sisemi di proezione, i sisemi di regolazione, i sisemi eleronici di poenza) necessari per il suo buon funzionameno. Tra i vari componeni su evidenziai, nei capioli successivi, con specifico riferimeno agli impiani elerici di media e bassa ensione, verrà affronao lo sudio delle linee eleriche, degli apparecchi di manovra, dei relè e dei sisemi di proezione, rimandando ad alri corsi gli sudi relaivi agli alri componeni. Verranno, inolre, esaminae le cabine eleriche di rasformazione MT/b, dal cui sudio scauriscono i quadri elerici di bassa ensione che, alla luce della normaiva degli ulimi anni, sono considerai dei componeni, e gli impiani di erra. 6. Condizioni di funzionameno del sisema elerico per l energia Le condizioni di funzionameno di un sisema elerico sono quelle di funzionameno normale, in cui ue le grandezze eleriche a regime hanno valori conenui in inervalli sabilii ai fini del buon funzionameno del sisema, e di funzionameno anormale. Nelle varie condizioni di funzionameno si possono presenare vari problemi. Per la risoluzione di ali problemi vengono uilizzai i modelli maemaici del sisema, che vanno formulai opporunamene a seconda del problema considerao. I modelli maemaici vengono in generale formulai a parire dalla conoscenza dei circuii equivaleni dei componeni che, nelle raazioni che verranno affronae, saranno solo quelli fondamenali ciai nel precedene paragrafo. I circuii equivaleni delle macchine eleriche sono oggeo di sudio di alri corsi; per quano riguarda, poi, il caso dei carichi elerici la loro rappresenazione si presena, in genere, abbasanza semplice. La messa a puno dei circuii equivaleni delle linee eleriche, invece, si presena u alro che semplice; di essi verrà raao diffusamene nei prossimi capioli essendo, d alra pare, la linea un componene non oggeo di sudio in alri corsi.

16 - I/ Condizioni di funzionameno normali Come poso in evidenza in precedenza, una condizione di funzionameno normale si caraerizza per la presenza di valori delle varie grandezze eleriche ed in paricolare le ensioni, le correni e la frequenza che a regime sono conenui in inervalli che garaniscono il buon funzionameno del sisema elerico. Nel funzionameno normale si pongono vari problemi, ra cui, ad esempio, il problema della regolazione della ensione, quello della regolazione della frequenza, quello della riparizione delle poenze aive e reaive ra i vari impiani di produzione. Per gli impiani elerici di media e bassa ensione sono da considerare in paricolare il problema della scela della sezione condurice di una linea e della regolazione della ensione. 6.2 Condizioni di funzionameno anormali Le condizioni di funzionameno anormale prese in considerazione sono quelle legae a scosameni dei valori delle correni (sovracorreni) o delle ensioni (sovraensioni, vuoi di ensione o inerruzioni della ensione) dai valori che garaniscono il buon funzionameno del sisema. Va specificao uleriormene che le sovracorreni possono verificarsi in un circuio elericamene sano, e cioè in condizioni normali del circuio elerico, o in un circuio elericamene guaso, e cioè in condizioni anormali del circuio elerico. Nel primo caso la sovracorrene viene dea correne di sovraccarico menre nel secondo caso essa viene dea correne di coro circuio. Nel seguio si farà riferimeno principalmene ai coro circuii ed alle sovraensioni Coro circuio Per corocircuio si inende la condizione anormale provocaa da un collegameno a bassa impedenza che viene ad insaurarsi fra i conduori di un circuio, ra loro e la erra o, in genere, fra pari a differene ensione di macchine od apparecchi. Il verificarsi di quesa circosanza può deerminare correni di valore più elevao di quelle in condizioni di funzionameno normali, che per effeo ermico o elerodinamico possono porare al danneggiameno o alla disruzione della pare ineressaa. Il collegameno a bassa impedenza che dà luogo al coro circuio può essere di impedenza rascurabile, e allora si parla di coro circuii nei, o di valore non rascurabile, e in queso caso si parla di coro circuii ramie impedenza. Usualmene i coro circuii in un puno del sisema vengono classificai in base al numero di fasi ineressae dal guaso ed in base all evenuale coinvolgimeno della erra. Si individuano, perano coro circuii: rifase, in cui sono coinvole ue e re le fasi del sisema; bifase, in cui sono coinvole due fasi del sisema e che può coinvolgere anche la erra; monofase, in cui nel caso più generale della bassa ensione è coinvola una fase del

17 - I/17 - sisema e il conduore neuro o la massa, che può essere collegaa a erra nei sisemi TT (fig I.10 a) ), o al conduore di proezione nei sisemi TN-S (fig. I.10 b)). I coro circuii rifase vengono anche dei coro circuii simmerici menre gli alri vengono dei coro circuii dissimmerici. Qualunque sia il ipo di coro circuio, è possibile inrodurre alcune grandezze che caraerizzano ale condizione di funzionameno anormale araverso lo sudio del semplice circuio equivalene riporao nella fig. I.11 a); con esso si è simulao, come si vedrà nel seguio, un coro circuio in un puno di una linea alimenaa da un generaore ideale di ensione e caraerizzaa da una resisenza R ed una induanza L. L 1 L 2 L 3 N a) L 1 L 2 L 3 N PE b) Fig. I.10 Corocircuio monofase ra una fase e la massa del sisema collegaa: a) a erra; b) al conduore di proezione Poso e() = 2 E sen ( ω + β ), l equazione dell equilibrio elerico ai valori isananei del circuio della fig. I.11 a) assume la forma: di e () = 2 E sen ( ω + β ) = Ri + L ; (I.1) d nell ipoesi che il coro circuio si verifichi all isane = 0 e che prima di esso non circoli correne nel circuio, la soluzione della (I.1), come ben noo dall Eleroecnica, è daa da

18 - I/18 - (fig. I.11 b): i() = i () + i () = 2 I sen ( ω + β ϕ ) 2 I sen ( β ϕ ) e. (I.2) s u Nella (I.2) i s è la componene simmerica (alernaiva) della correne di coro circuio, i u la componene unidirezionale, T a = L/R è la cosane di empo della componene E unidirezionale, ϕ = an -1 (ωl/r) e, deo Z il modulo dell'impedenza del circuio, è I =. Z Ta L R e ~ i (a) i, iu, is correne di corocircuio i componene unidirezionale i u componene simmerica i s (b) Fig. I.11 Corocircuio in un puno di una linea alimenaa da un generaore ideale di ensione: a) circuio equivalene; b) andameno nel empo della correne di corocircuio Dall analisi della (I.2) appare evidene che, per fissai valori dell impedenza del circuio di alimenazione (e, quindi, per assegnai valori di Z, ϕ e T a ), l andameno nel empo della correne di coro circuio oale dipende dall angolo β, e cioè, di fao, dall isane in cui si sabilisce la correne di coro circuio rispeo al passaggio per zero della ensione di alimenazione. Poichè non è possibile, in nessun modo, prevedere quale sarà nella realà il valore che assume β, nello sudio dei sisemi elerici per l energia si è solii porsi nelle condizioni più gravose, e cioè in quelle condizioni a cui corrispondono gli andameni nel empo delle correni di coro circuio oali più gravosi. E possibile dimosrare che ali condizioni qualunque sia il valore di ϕ si verificano proprio quando β = 0, e cioè quando il coro circuio si sabilisce proprio nell isane in cui la ensione di alimenazione passa per lo

19 - I/19 - zero; a ale condizione si fa sempre riferimeno nei sisemi elerici per l energia e, quindi, nello sudio degli impiani elerici per media e bassa ensione. Quano deo si può verificare anche graficamene. Si faccia, ad esempio, riferimeno a due semplici casi, nell ipoesi che il circuio della fig. I.11.a sia puramene induivo (R= 0, ϕ = π/2); si considerino i casi in cui nel circuio risuli β = π/2 e β = 0. Nel primo caso (β = ϕ = π/2) risula (fig. I.12.a): i() = i s() = 2 I sen( ω ), (I.3) e, i, i u, i s correne di coro circuio i ensione e e, i, i u, i s (a) correne di coro circuio i componene unidirezionale i u ensione e componene simmerica i s (b) Fig. I.12 Corocircuio in un puno di un circuio puramene induivo (R= 0, ϕ = π/2) alimenao da un generaore ideale di ensione: a) andameno nel empo della correne di corocircuio nel caso di β = π/2; b) andameno nel empo della correne di corocircuio nel caso di β = 0. per cui non vi è componene unidirezionale e la correne di corocircuio coincide con la sua componene alernaiva. Tale caso si verifica, ovviamene, ogni vola che β = ϕ e quindi anche quando β = ϕ = 0 (vedi I.2). Nel secondo caso (β = 0 e ϕ = π/2) risula (fig. I.12 b):

20 - I/20 - i() = i () + i () = 2 I sen ( ω π / 2) 2 I, (I.4) s u + per cui la componene unidirezionale assume il valore massimo e non si smorza, menre la correne di coro circuio assume un andameno nel empo più gravoso. Come verrà mosrao nel seguio, una vola che ci si è posi nel caso di β = 0, è imporane anche conoscere il massimo valore i p raggiuno dalla correne i(). Nel caso più gravoso con β = 0 e cioè quando ϕ = π/2 il massimo vale (fig. I.12.b): ip = 2 2 I. (I.5) Nel caso meno gravoso con β = 0 e cioè quando ϕ = 0 e quindi vi è la sola componene alernaiva della correne di coro circuio, il massimo vale (fig. I.12.a): ip = 2 I Per valori di ϕ diversi da π/2 e da 0 il valore di i p, considerando la componene alernaiva della correne di coro circuio oale a valore efficace cosane, vale: ip = p 2 I (I.6) dove il coefficiene p da uilizzare può essere ricavao dalla curva della fig.i.13 in funzione del rapporo X / R, dove X e R sono la reaanza e la resisenza del circuio in esame. p Fig. I.13 Coefficiene di moliplicazione k in funzione del rapporo X / R. E imporane anche noare che la correne di coro circuio precedenemene calcolaa è quella che circolerebbe qualora non esisessero, come invece accade nei casi reali, inerruori o alri componeni elerici, posi in serie nel circuio, desinai in condizione di corocircuio ad inervenire al fine di aprire il circuio; per ale moivo ad essa

21 - I/21 - viene dao il nome di correne di coro circuio presuna. In coro circuio si pongono vari problemi ra cui, ad esempio, quello della scela degli inerruori, del dimensionameno degli impiani di erra o quello della sabilià del moo dei generaori sincroni preseni nel sisema. Per gli impiani elerici di media e bassa ensione il erzo problema generalmene non viene considerao Sovraensioni I valori delle ensioni nei puni di un sisema elerico sono compresi, in condizioni di funzionameno normale, e cioè in assenza di perurbazioni significaive, enro un inervallo abbasanza risreo (±5 ±10 %) aorno alla ensione nominale. Per conro, in condizioni di funzionameno anormali, sia in regime permanene sia in ransiorio, il valore della ensione ra due fasi o ra una fase e la erra può superare, in ceri puni del sisema e per empi più o meno lunghi, i valori di ensione previsi nel funzionameno normale; in al caso si hanno, nei puni in quesione, le sovraensioni. In base alla loro origine le sovraensioni si suddividono in due caegorie: sovraensioni di origine eserna, che sono essenzialmene dovue a fenomeni amosferici; sovraensioni di origine inerna, che derivano da cause connesse con l'esercizio del sisema. Le sovraensioni di origine inerna hanno una ampiezza che dipende dalla ensione nominale dell impiano in cui si manifesano; quelle di origine eserna sono, invece, indipendeni da ques ulima. Una uleriore classificazione delle sovraensioni, spesso impiegaa, le suddivide in: sovraensioni amosferiche; di manovra; sosenue. Le sovraensioni amosferiche sono dovue a fenomeni di induzione e a fulminazione e sono caraerizzae da onde impulsive unidirezionali di breve duraa. Tra le cause precedenemene evidenziae assume una imporanza fondamenale la fulminazione delle linee aeree con conduori nudi, per le solleciazioni paricolarmene inense che ad essa si accompagnano. A seguio di ale eveno si generano nella linea colpia delle onde migrani che si propagano lungo la sessa con la velocià della luce, secondo leggi di propagazione che verranno illusrae nel seguio. L'ampiezza iniziale di ali onde dipende nauralmene dalla quanià di carica che il fulmine scarica sulla linea, e, quindi, dalla duraa e dall'inensià del fulmine sesso. Queso ipo di sovraensione può raggiungere valori elevaissimi e cosiuisce un grave pericolo per gli impiani; in paricolare per le suddee linee aeree si possono raggiungere ensioni di picco dell'ordine di 1000 kv con correni, durane le scariche, che possono occare i 200 ka, menre la duraa del fenomeno è al più di qualche ceninaio di µs. Le sovraensioni di manovra sono, in genere, dovue all'aperura o alla chiusura

22 - I/22 - degli inerruori. Rienrano in ale caegoria le sovraensioni dovue all'inerruzione di correni induive, sia di elevao che di limiao valore, all inerruzione di correni capaciive (aperura di impiani di rifasameno o di una linea a vuoo), e quelle dovue alla chiusura degli inerruori per la messa in ensione delle linee. A vole si disinguono in normali ed anormali, a seconda che il loro valore di picco sia non superiore o superiore del doppio del valore di riferimeno della ensione di fase in funzionameno normale; il valore di riferimeno per la ensione di fase, se U è la ensione concaenaa, si assume pari a v pr = 2U / 3. Tali sovraensioni sono caraerizzae da onde oscillani foremene smorzae e possono essere considerae come impulsi unidirezionali di lunga duraa. Le sovraensioni sosenue sono, in genere, originae da eliminazione di guasi, da ferrorisonanza, da risonanza su armoniche e sono caraerizzae da onde oscillani poco smorzae a frequenza indusriale od armonica. La loro pericolosià è dovua soprauo all alo conenuo energeico che le caraerizza. Le sovraensioni causano solleciazioni anormali sugli isolameni dei diversi componeni del sisema e possono provocare coro circuii. Esse, perano, comporano numerosi problemi quali, ad esempio, quello della scela dei sisemi di proezione e del dimensionameno dell isolameno dei vari componeni del sisema.

23 - I/23 - APPENDICE I CONSIDERAZIONI ECONOMICHE SULLA TRASMISSIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Confrono economico ra le rasmissioni in correne coninua e in correne alernaa Si faccia riferimeno a due nodi di una ree di rasmissione in correne alernaa posi a disanza L (Fig. A.1 a)), e ci si ponga il problema di confronare, dal puno di visa economico, le possibilià di collegarli ramie una linea rifase in correne alernaa con ensione nominale U e ramie un collegameno in correne coninua (Fig. A.1 b)) con ensione verso erra dei due conduori (quello di andaa e quello di riorno) pari a ±V c. Un collegameno in correne coninua è cosiuio da due sazioni di conversione, una nel nodo di parenza ed uno nel nodo di arrivo, ciascuna doaa di converiori saici che realizzano la conversione dalla correne alernaa in correne coninua e viceversa; in ciascuna sazione sono preseni due converiori a pone di Graez, ognuno alimenao da uno dei due avvolgimeni secondari di un rasformaore a re avvolgimeni. a a) +V c V = 2 V c Converiore c.a. / c.c. -V c b) Converiore c.c. / c.a. Fig. A.1 Ree di rasmissione: a) in correne alernaa; b) in correne coninua Il confrono ra le due soluzioni avverrà, per ovvi moivi, a parià di poenza aiva rasmessa nella linea rifase P e nel collegameno in correne coninua P c ; avverrà, inolre, anche a parià: di ensione massima verso erra della linea rifase v p = 2 U e del collegameno in 3

24 - I/24 - correne coninua V c ; di densià di correne nella linea rifase δ e nel collegameno in correne coninua δ c. L eguaglianza delle ensioni verso erra consene di semplificare il confrono, in quano si raduce nell assumere uguali i livelli di isolameno nelle due soluzioni a confrono e, quindi, di prescindere nel confrono dai cosi dell isolameno. L eguaglianza delle densià di correne, invece, è conseguene ai crieri con cui si progeano usualmene i due ipi di collegameni. I cosi del maeriale conduore nei due casi in esame sono legai al volume complessivo di maeriale e, quindi, a parià di lunghezza, alle sezioni oali S ed S c complessivamene impiegae nelle linee rifase in correne alernaa ed in quella in correne coninua, rispeivamene, che risulano legae dalla seguene relazione: S 3s =, (A.1) S c 2s c essendo s ed s c le sezioni del singolo conduore. Nell ipoesi di uguaglianza delle densià di correne si ha che: I P I δ = c c = = = δc = ; (A.2) s 3 U s cosφ s c 2 Vc sc P da cui, nell ipoesi di rasmissione in correne alernaa a cosφ = 1 (ipoesi abbasanza prossima alla realà), e enendo cono dell eguaglianza dei valori massimi delle ensioni verso erra e delle poenze aive rasmissibili, si oiene che: La (A.1), enendo cono della (A.3) divena perano: s 2 = 2 (A.3) s 3 c S S c 3s = 2. (A.4) 2s = Per quano riguarda le perdie si ha che: c

25 - I/25 - ΔP = ΔP c = 3ρ 2ρ L s L s c 3 U P 2 Pc 2 V c cosφ 2 ; (A.5) e, quindi, sempre nell ipoesi di rasmissione in correne alernaa a cosφ = 1 e di eguaglianza delle poenze aive rasmesse, si ha che: ΔP ΔP c S = 2 (A.6) S = Dall analisi delle relazioni (A.4) e (A.6) appare evidene che la rasmissione in correne alernaa richiede un maggior volume di maeriale conduore ed è caraerizzaa da maggiori perdie. La rasmissione in correne coninua richiede, però, la realizzazione delle sazioni di conversione nei due nodi del sisema. Per disanze in genere inferiori ai 1000 km, gli aggravi economici che derivano dal maggior coso del maeriale conduore e delle perdie vengono più che compensai dal maggior coso dovuo alla presenza delle sazioni di conversione, per cui la rasmissione in correne alernaa si fa preferire anche per quesi moivi; quando le disanze divenano ancora più elevae, l aggravio di cosi dovui alle sazioni è, invece, più che compensao dai minor cosi del maeriale e delle perdie, il che rende, soo quesi aspei, la rasmissione in correne coninua più vanaggiosa. c Confrono ra i cosi del maeriale conduore delle linee rifase e monofase Si faccia riferimeno ad una linea rifase ed ad una monofase che alimenano un carico di poenza aiva P e faore di poenza cosφ; si assuma, inolre, al fine di confronare linee equivaleni, che esse siano caraerizzae dalle sesse perdie per effeo Joule P e P m e dalle sesse ensioni nominali (U =V m =V, con U ensione concaenaa della linea rifase e V m ensione della linea monofase). I cosi del maeriale conduore nei due casi in esame sono legai, come già deo, al volume complessivo di maeriale e, quindi, a parià di lunghezza, alle sezioni oali S ed S m complessivamene impiegae nelle linee rifase e monofase, rispeivamene, che risulano legai dalla seguene relazione: S 3s =, (A.7) S m 2 s m

26 - I/26 - essendo s ed s m le sezioni del singolo conduore. Poiché, nelle ipoesi fae risula che: P = 3ρ L s P 3 Vcos φ 2 = P m = 2ρ L s m P V cos φ 2 (A.8) si ha: s 1 =. (A.9) s 2 m Sosiuendo la (A.9) nella (A.7) si ha: S 3 =, (A.10) S 4 da cui si deduce che la quanià di maeriale conduore complessivamene impiegao da una linea rifase è inferiore a quello impiegao da una linea monofase. m