Prof. Ing. Luigi Maffei. Impienti elettrici e speciali

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2 Conduttori: sostanze nelle quali alcune o tutte le cariche elettriche possono muoversi liberamente sotto l'azione di forze elettriche (es: metalli, soluzioni acquose). Isolanti (dielettrici): materiali nei quali gli elettroni non sono liberi di spostarsi su distanze macroscopiche, ma sono vincolati agli atomi (es.: vetro, plastica, gomma, legno). Semiconduttori: classe di materiali intermedia tra i conduttori e gli isolanti per le loro proprietà di condurre elettricità (es. : silicio, germanio). Prof. Ing. Luigi Maffei

3 La proprietà della materia che descrive la capacità di essere sede di moto di cariche (fenomeno della conduzione) si chiama conducibilità elettrica. Il suo reciproco si chiama resistività. conducibilità elettrica resistività elettrica Prof. Ing. Luigi Maffei

4 Nello studio di un circuito elettrico siamo interessati a determinare due grandezze principali: corrente elettrica tensione elettrica Queste due grandezze descrivono completamente il moto e lo scambio di energia tra cariche elettriche Prof. Ing. Luigi Maffei

5 Si definisce intensità di corrente elettrica, o semplicemente la corrente, la quantità di carica netta che attraversa la superficie orientata nell unita di tempo: Nel Sistema Internazionale [SI] l intensità di corrente si misura in Ampère [A]: 1 Ampere = 1 Coulomb / secondo Prof. Ing. Luigi Maffei

6 In un conduttore un moto di cariche negative da destra a sinistra equivale ad uno di cariche positive da sinistra a destra. Anche se i portatori di carica sono gli elettroni carichi negativamente, per convenzione si considera la corrente dovuta ad un moto di cariche positive. Prof. Ing. Luigi Maffei

7 Il verso della normale alla superficie viene rappresentata attraverso una freccia sovrapposta al conduttore: si dice in tal caso che si è scelto un riferimento per la misura della corrente Il valore della corrente ha senso solo se preventivamente si è fissato un riferimento. La corrente è una grandezza scalare: non ha un verso ma ha un segno che dipende dal riferimento adottato. Prof. Ing. Luigi Maffei

8 Nel Sistema Internazionale [SI] la tensione si misura in Volt [V] 1 Volt = 1 Joule / Coulomb Il rapporto tra la forza agente sulla carica q e la carica stessa è un vettore che prende il nome di campo elettrico: Prof. Ing. Luigi Maffei

9 Nello studio dei circuiti la tensione si può sempre esprimere come differenza di potenziale. Per esprimere senza ambiguità il valore di una tensione occorre indicare il punto di inizio e quello di fine della linea lungo la quale si calcola l integrale. Il riferimento per la misura della tensione viene rappresentato attraverso: una freccia:la punta della freccia indica il punto di origine della curva. I segni + e - : il + indica il punto di origine della curva. Prof. Ing. Luigi Maffei

10 Prima legge di Ohm Il rapporto tra la d.d.p. V tra due punti di un conduttore metallico a temperatura costante e l'intensità di corrente che fluisce in esso è costante. R = V / I Seconda legge di Ohm A parità di ogni altra condizione, la resistenza R di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua sezione R = r ( l / S ) Prof. Ing. Luigi Maffei

11 E quel fenomeno per cui un conduttore attraversato da una corrente elettrica continua, genera calore con una potenza (P) pari al prodotto della differenza di potenziale presente ai suoi capi (V) per l'intensità di corrente che lo percorre (I). In termini matematici: P = V * I Watt = Volt * Ampere Dalla prima legge di Ohm deriva che la potenza dissipata come calore si può anche esprimere nelle forme: P = (R*I) * I = R*I 2 Quando il conduttore è attraversato da una corrente alternata si deve considerare il valore efficace di tensione e corrente. Il valore efficace di una grandezza si può definire come il valore equivalente che sviluppa la stessa potenza della tensione continua Prof. Ing. Luigi Maffei

12 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI Sistemi di categoria zero Vn < 50 V in corrente alternata Vn < 120 V in corrente continua Sistemi di prima categoria 50 V < Vn < 1 kv in corrente alternata 120 V < Vn < 1.5 kv in corrente continua Sistemi di seconda categoria 1 kv < Vn < 30 kv in corrente alternata 1.5 kv < Vn < 30 kv in corrente continua Sistemi di bassa tensione bt Vn < 1 kv (categoria zero o prima) Sistemi di media tensione MT 1 kv < Vn < 30 kv (seconda categoria Sistemi di alta tensione AT Vn > 30 kv (terza categoria Sistemi di terza categoria Vn > 30 kv in corrente alternata Vn > 30 kv in corrente continua Prof. Ing. Luigi Maffei

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14 GENERAZIONE La produzione di energia viene effettuata dalle centrali di produzione. I generatori nelle centrali sono caratterizzati da valori di tensione non troppo elevati per problemi di isolamento TRASFORMAZIONE Per trasformazione di energia elettrica si intende la variazione dei livelli di tensione: in ogni punto del sistema viene usato il livello più conveniente dal punto di vista tecnico-economico. Tale funzione è svolta dalle stazioni di trasformazione primarie (S1) ed (S2). DISTRIBUZIONE IN MT Le reti in MT hanno origine nelle stazioni secondarie ed alimentano le reti in bt tramite numerosissime cabine di trasformazione MT/bT. La tensione di esercizio nelle reti è compresa tra 6 kv e 35 kv. RETE DI DISTRIBUZIONE IN bt Le reti di distribuzione in bt costituiscono l ultima fase della distribuzione e realizzano la consegna dell energia elettrica ai piccoli utenti. In Italia le tensioni sono normalizzate a V Prof. Ing. Luigi Maffei

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16 1): Scomparto di arrivo/partenza con interruttore di manovra-sezionatore. (2): Scomparto per consegna ad utenti con interruttore di manovrasezionatore (3): Gruppo di misura (4): Cella di arrivo 1950 x 500 x 1150 mm, con interruttore di manovra e sezionatore sotto carico (5): Cella di partenza 1950 x 700 x 1150 mm, con interruttore in SF6. (6): Cella trasformatore 1600 x 1150 x 1950, con trasformatore in olio. (7): Quadro di rifasamento automatico 600 x 1200 x 200 mm, da parete. (8): Quadro generale BT 730 x 2100 x 471 mm. (9): Bandella equipotenziale in rame 500 x 30 x 2 mm Prof. Ing. Luigi Maffei

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18 CEI 64-8/2 Insieme di componenti elettrici elettricamente associati al fine di soddisfare a scopi specifici e aventi caratteristiche coordinate. Fanno parte dell'impianto elettrico tutti i componenti elettrici non alimentati tramite prese a spina; fanno parte dell'impianto elettrico anche gli apparecchi utilizzatori fissi alimentati tramite prese a spina destinate unicamente alla loro alimentazione. CEI 11-1 Impianto costituito dai circuiti di alimentazione degli apparecchi utilizzatori, comprese le relative apparecchiature di sezionamento, di manovra, di interruzione, di trasformazione, di protezione, ecc. che non facciano parte di impianti di produzione, trasmissione e distribuzione. Si considera come origine dell'impianto utilizzatore il punto di consegna dell'energia elettrica all'impianto stesso, in genere da una rete del distributore. Prof. Ing. Luigi Maffei

19 CEI 64-8/2 Termine generale usato per indicare sia i componenti dell'impianto sia gli apparecchi utilizzatori. CEI 64-8/2 Parte di un impianto elettrico costituito dal complesso dei componenti elettrici aventi una determinata tensione nominale CEI 64-8/2 Tensione per cui un impianto o una sua parte µe progettato. Prof. Ing. Luigi Maffei

20 CEI 11-1 e CEI 64-8/2 4 Parte conduttrice di un componente elettrico che può essere toccata e che non µe in tensione in condizioni ordinarie, ma che può andare in tensione in condizioni di guasto. CEI 11-1 e CEI 64-8/2 Parte conduttrice non facente parte di un impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale, generalmente il potenziale di terra. CEI 64-8/2 Il terreno come conduttore il cui potenziale elettrico in ogni punto è convenzionalmente considerato uguale a zero. Prof. Ing. Luigi Maffei

21 CEI 11-1 e CEI 64-8/2 4 Parte conduttrice di un componente elettrico che può essere toccata e che non è in tensione in condizioni ordinarie, ma che può andare in tensione in condizioni di guasto. CEI 64-8/2 Corpo conduttore o gruppo di corpi conduttori in contatto elettrico con il terreno e che realizza un collegamento elettrico con la terra. CEI 64-8/2 Insieme dei dispersori, dei conduttori di terra, dei collettori (o nodi) principali di terra e dei conduttori di protezione ed equipotenziali, destinato a realizzare la messa a terra di protezione e/o di funzionamento. Prof. Ing. Luigi Maffei

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24 I principali effetti prodotti dal passaggio di una corrente elettrica sia continua che alternata nel corpo umano sono: Tetanizzazione Blocco respiratorio Fibrillazione ventricolare Ustioni. Prof. Ing. Luigi Maffei

25 TETANIZZAZIONE Consiste nella contrazione involontaria dei muscoli interessati al passaggio della corrente. Lo sfortunato che tocchi un oggetto sotto tensione si troverà nell impossibilità di lasciarlo, impedito proprio dalle contrazioni dei muscoli della sua stessa mano. Il più grande valore per il quale una persona può ancora lasciare la presa usando i muscoli direttamente stimolati viene chiamata corrente di rilascio L esperienza ha mostrato che con una corrente sinusoidale di 50/60 Hz il 50% del campione riesce a staccare il contatto per valori efficaci pari a 16 ma. BLOCCO RESPIRATORIO Correnti di durata maggiore e leggermente superiori alla corrente di rilascio possono provocare difficoltà ed arresto della respirazione. La causa è da ricercare nelle contrazioni dei muscoli addetti alla respirazione e nella paralisi dei centri nervosi da cui dipende questa funzione. Il fenomeno è reversibile per una durata di pochi minuti, ma se supera i 2-3 minuti si possono causare danni irreversibili al cervello. Per tale motivo le vittime dell elettrocuzione presentano un colorito cianotico. Prof. Ing. Luigi Maffei

26 FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE Una corrente superiore ai 50 ma che interessi la regione toracica può provocare la perdita del coordinamento dei muscoli cardiaci che iniziano a pulsare in maniera scoordinata. Il cuore non riesce a pompare più il sangue causando ipossia e danni irreparabili al cervello, se la fibrillazione non cessa entro pochi minuti. A seguito della stimolazione intensa ed incoerente, ciascuna delle fibrille del ventricolo può essere soggetta a contrazioni disordinate il cui perdurare può essere letale. USTIONI Le ustioni sono provocate dal calore sviluppato per effetto Joule dalla corrente che fluisce attraverso il corpo. L aumento della temperatura che ne consegue è direttamente proporzionale al quadrato della densità di corrente, alla resistività del tessuto interessato ed alla durata del contatto. Densità di corrente di pochi ma/mm 2 possono creare ustioni apprezzabili se agicono per qualche secondo. Se la densità di corrente diventa maggiore di 50 ma/mm 2 si ha una vera è propria carbonizzazione dei tessuti. Prof. Ing. Luigi Maffei

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39 Gli involucri assicurano la protezione di un componente elettrico contro agenti esterni e contro i contatti diretti. Essi hanno diversi gradi di protezione contro l'introduzione di corpi solidi e di acqua, in base alle diverse situazioni in cui possono essere usati. Il grado di protezione è indicato con le lettere IP seguite da due numeri: -la prima cifra indica il grado di protezione contro i corpi solidi -la seconda il grado di protezione contro l'acqua. Se non vi è la classificazione per uno dei due casi, la cifra è sostituita da una X. IP55 Normalmente non si deve scendere mai al di sotto di IP20. In ambienti particolari il limite minimo sale. Ad esempio: cucine IP21, giardini IP24, cantieri IP35, esterno piscine IP37. A volte si possono incontrare dei simboli che corrispondono a specifici gradi di protezione Prof. Ing. Luigi Maffei

40 LETTERA ADDIZIONALE Oltre le due cifre appena descritte può apparire una lettera ad indicare l'inaccessibilità dell'involucro alle dita di una mano. E' ovvio che si usa solo se l'inaccessibilità non è già garantita dalla prima cifra Prof. Ing. Luigi Maffei

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45 1 Leva di comando 2 Meccanismo di scatto 3 Contatti di interruzione 4 Morsetti di collegamento 5 Lamina bimetallica (rilevamento sovraccarichi) 6 Vite per la regolazione della sensibilità (in fabbrica) 7 Solenoide (rilevamento cortocircuiti) 8 Sistema di estinzione d'arco Prof. Ing. Luigi Maffei

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