CENNI DI IMPIANTI ELETTRICI

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1 ELETTROTECNICA Laurea Ing. Aerospaziale - 1 livello CENNI DI IMPIANTI ELETTRICI Prof. M.S. Sarto

2 CENTRALI DI PRODUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA IDROELETTRICHE TERMOELETTRICHE TERMONUCLEARI GEOTERMOELETTRICHE EOLICHE SOLARI

3 CENTRALI IDROELETTRICHE TURBINA RISORSA CARATTERISTICA Kaplan Acqua fluente Bassa velocità (p elevato) Francis Pelton Bacino idroelettrico (bassa caduta) Bacino idroelettrico (alta caduta) Media velocità Alta velocità (p=1,2)

4 CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI CATEGORIA LIVELLO TENSIONE A.C. LIVELLO TENSIONE D.C. 0 BT: Vn 50 V BT: Vn 120 V 1 BT: 50 V Vn 1000 V 2 MT: 1 kv Vn 30 kv 3 AT: Vn 30 kv (AAT: Vn 50 kv) BT: 120 V Vn 1500 V MT: 1.5 kv Vn 30 kv AT: Vn 30 kv (AAT: Vn 50 kv)

5 SCHEMA DI IMPIANTO ELETTRICO MT MT MT/AT AT AT/MT G Generazione in MT (10-15 kv) Trasmissione in AT ( kv) Distribuzione in AT ( kv) o MT MT/BT MT/BT BT BT Utilizzazione in MT o BT

6 SOVRATENSIONI CAUSE INTERNE Manovre sugli impianti (apertura o chiusura di interruttori) Improvvisa riduzione del carico Risonanze Contatti accidentali con altro impianto in esercizio a tensione maggiore

7 CAUSE ESTERNE Fenomeni di origine atmosferica (fulminazione diretta o indiretta) i(t) I M 0.9 I M i t I exp t T exp t 0 e T f 0.5 I M I 0 = ka T f = s 0.1 I M T e = s T f T e time [ s]

8 Il fulmine FULMINE DISCENDENTE (polarità negativa) leader Return stroke

9 FULMINE ASCENDENTE (polarità negativa) leader Return stroke

10 I M : corrente di picco (di/dt) M : tangente massima T f : tempo di salita T e : tempo all emivalore I M I tˆ T exp tˆ T 0 exp e ln ˆ 1 t f di dt M a I 0 Negative (descending) Positive First stroke Following strokes (ascending) I M [ka] T f [ s] T e [ s] (di/dt) M [ka/ s]

11 SOVRACORRENTI SOVRACCARIC0 Superamento dei valori di corrente per i quali una linea o un apparecchiatura sono dimensionate (In) (e.g. Spunto dei motori asincroni in fase di avviamento) CORTO CIRCUITO Contatto tra due elementi dell impiantonon equipotenziali. Le correnti di cto cto possono essere molto elevate in quanto limitate solo dall impedenza a monte del guasto.

12 APPARECCHI DI MANOVRA E INTERRUZIONE INTERRUTTORI Manuali x Automatici x Apertura e chiusura di una linea sottocarico anche in condizioni di corto circuito

13 PARAMETRI CARATTERISTICI TENSIONE NOMINALE DI ESERCIZIO (Ve): tensione alla quale sono riferite le prestazioni dell apparecchio (apertura/chiusura) TENSIONE NOMINALE DI ISOLAMENTO (Vi): tensione alla quale è garantito l isolamento dell apparecchio CORRENTE NOMINALE (In): corrente che l interruttore può condurre a regime. Assume valori diversi con riferimento a servizio continuo o discontinuo.

14 POTERE NOMINALE DI INTERRUZIONE (Iin): corrente di corto circuito che l interruttore può interrompere ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve. POTERE NOMINALE DI CHIUSURA SU CORTO CIRCUITO (Icn): corrente di corto circuito sulla quale l interruttore può essere chiuso ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve.

15 CONTATTORI Manuali Automatici Interruzione delle sole correnti di normale esercizio

16 SEZIONATORI Manuali Automatici Interruzione della continuità elettrica in linee a vuoto (I=0) N.B. Nella fase di interruzione del circuito si apre prima l interruttore e poi il sezionatore.

17 FUSIBILI Dispositivo di protezione dalle sovracorrenti: interrompe correnti di corto circuito elevate. T [s] Campo di integrità Zona di intervento I n I nf I f I cc I [A] I n : corrente nominale I nf : corrente massima di sicura non fusione I f : corrente minima di sicura fusione I cc : corrente di corto circuito

18 DISPOSITIVI DI PROTEZIONE DA SOVRATENSIONI Caratterististica tensione-corrente non lineare: alta impedenza rispetto a terra durante le condizioni normali di funzionamento corto circuito a terra in presenza di una sovratensione v(t)

19 Condizione normale di funzionamento: v(t) In presenza di sovratensione: Circuito aperto impedenza molto elevata v(t) Corto circuito impedenza molto bassa

20 Spinterometri Scaricatori ad asta Scaricatori a gas (Migliore controllo della tensione di intervento) Alta capacità di assorbimento dell energia della sovratensione Tensione che decresce rapidamente dopo l intervento Varistori ad ossido di metallo Tensione quasi costante sul carico in presenza della sovratensione Diodi soppressori Non possono condurre correnti elevate Tensione costante sul carico in presenza della sovratensione

21 Le caratteristiche diverse di gas arresters, varistori e diodi soppressori possono essere combinate nella realizzazione di circuiti di protezione multistadio ~v 1 CAP 1 1k ~v 2 ~v 3 CAP 1 P6T vv 1 v 2 V 1 v 33 UC V 15 V 50

22 Sovratensione transitoria T f = 1 s T e = 50 s V M = 2.1 kv [V] time [ s]

23 v 1 tensione misurata sul primo stadio 100 V/div 100 ns/div v 3 tensione misurata sul terzo stadio 5 V/div 100 ns/div

24 RELE CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA ALLA QUALE SONO SENSIBILI: Voltmetrici Amperometrici Wattmetrici Frequenzimetrici Ad impedenza Termici Tachimetrici

25 CLASSIFICAZIONE IN BASE AL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: Elettromagnetici Elettrodinamici Ad induzione CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA DA ANALIZZARE: Di massima Di minima Differenziale

26 RELE MAGNETICO Tempo Caratteristica di intervento Tin Is = 8-10 In Corrente

27 RELE TERMICO Tempo Caratteristica di intervento 5 sec I 5 sec = 4 In Corrente

28 RELE MAGNETO-TERMICO Tempo Caratteristica di intervento Tin I s = 8-10 In Corrente

29 OSSERVAZIONE: I relè magnetico, termico, magnetotermico intervengono SEMPRE per corrente SUPERIORE alla corrente nominale dell impianto (da 4 ad 8-10 volte). Ad esempio, in un utenza domestica con corrente nominale di 15 A, la corrente di intervento non è inferiore a 60 A. La corrente pericolosa per l uomo è di 50 ma!

30 RELE DIFFERENZIALE Corrente di intervento molto minore alla corrente nominale dell impianto: IMPIANTI INDUSTRIALI: UTENZE DOMESTICHE: UTENZE PARTICOLARI: I = 300 ma I = 30 ma I = 10 ma

31 SISTEMA DI UTILIZZAZIONE IN BT: stato nel neutro MT/BT BT Utenze monofasi o trifasi Sistema IT Sistema TT Sistema TN 1 lettera: stato del neutro del secondario del trasformatore MT/BT 2 lettera: stato delle masse delle utenze

32 IMPIANTI DI TERRA Norma CEI 64-8 Norma CEI 11-8 Norma CEI 81-1 SCOPO DELL IMPIANTO DI TERRA: 1) Offrire una via di ritorno alle correnti di guasto diversa da quella offerta dal corpo umano 2) Determinare l intervento delle protezioni in tempi opportuni 3) Rendere equipotenziali strutture metalliche suscettibili di essere toccate contemporaneamente.

33 COMPONENTI DI UN IMPIANTO Conduttore di protezione DI TERRA Conduttori equipotenziali Conduttori di terra dispersori

34 Tensione di passo Tensione che può risultare applicata tra i piedi di una persona a distanza di un passo durante (1 m) un cedimento dell isolamento Tempo eliminazione del guasto [s] Tensione massima di passo [V] > <