Trasmissione dell energia elettrica

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1 1 Trasmissione dell energia elettrica Schema di principio V g linea di trasmissione Effetti della linea di trasmissione 1. dissipazione di energia. caduta di tensione Schema equivalente della linea jx resistenza di linea X reattanza di linea dipende dalla lunghezza, dalla sezione dei conduttori e dal materiale utilizzato X dipende dalla lunghezza e dalla disposizione dei conduttori ( X = ω L )

2 Trasmissione dell energia elettrica Schema di principio V b jx V a V g jx I linea di trasmissione Effetti della linea di trasmissione 1. dissipazione di energia. caduta di tensione 1. Dissipazione di energia Schema equivalente della linea dipende dalla lunghezza, Potenza attiva P resistenza di linea dalla sezione dei conduttori e al = I = I dissipata in linea = I dal materiale eff [W ] utilizzato jx La potenza dissipata provoca riscaldamento dei conduttori X X dipende dalla lunghezza e Si ricordi che e aggravio nei costi di gestione. dalla disposizione dei conduttori La potenza reattanza dissipata viene di linea limitata ( X diminuendo = ω L ) I = I = (conduttori in rame, alluminio, aumento della sezione) e diminuendo l intensità della corrente di linea.

3 3 Trasmissione dell energia elettrica Schema di principio V b jx V a V g jx I linea di trasmissione Effetti della linea di trasmissione 1. dissipazione di energia. caduta di tensione 1.. aduta Dissipazione di tensione di energia ΔV = V Schema equivalente della linea b V a V cos φ V sin φ = X dipende dalla lunghezza, VPotenza a V b Vattiva P resistenza di linea dalla sezione dei conduttori e al = I dissipata in linea I cos φ = I X I sin φ = I dal materiale eff [W ] V b Si ricordi che utilizzato jx La potenza dissipata P a =V provoca eff riscaldamento cos φ potenza dei conduttori attiva sul X X dipende dalla lunghezza e Si ricordi che e aggravio nei costi di gestione. φ V a V Q X =V eff sin dalla φ disposizione potenza reattiva dei conduttori sul I V La potenza reattanza dissipata viene di linea limitata ( X diminuendo = ω L ) = I = I eff (conduttori in rame, ΔV / alluminio, V = ( V aumento I cos φ della X sezione) V I sin e φ ) / V diminuendo l intensità = ( Pdella a corrente X Q ) di / linea. V eff

4 4 Trasmissione dell energia elettrica Schema di principio V b jx V a V g jx I linea di trasmissione Effetti della linea di trasmissione 1. dissipazione di energia. caduta di tensione 1.. aduta Dissipazione percentuale di tensione di energia di tensione ΔV = V Schema equivalente della linea b V a V cos φ V sin φ = X dipende dalla lunghezza, Potenza attiva P resistenza di linea dalla sezione dei conduttori e al = I dissipata in linea I cos φ = I X I sin φ V a V b V ΔV / V= (P = I dal materiale eff [W ] V a X Q b Si ricordi ) / V che eff utilizzato Eccessive jx cadute di tensione possono La potenza provocare dissipata Pmalfunzionamenti a =V provoca eff riscaldamento cos φ potenza dei conduttori attiva sul X X sul dipende. dalla lunghezza e Si ricordi che e aggravio nei costi di gestione. La caduta φ di Vtensione a viene limitata Vdiminuendo Q X e =V X, eff e aumentando sin dalla φ la disposizione potenza tensione reattiva di dei linea. conduttori sul I V La potenza reattanza dissipata viene di linea limitata ( X diminuendo = ω L ) Il termine = I P = I eff (conduttori rame, ΔV / alluminio, V = ( V aumento I cos φ della X sezione) V I sin e φ ) / V a è prevalente rispetto al termine XQ nelle linee in cavo e per alti fattori di potenza. diminuendo l intensità = ( Pdella a corrente X Q ) di / linea. V eff

5 5 Trasmissione dell energia elettrica Uso dei trasformatori nella trasmissione dell energia elettrica 1:n m:1 I g l l u V g I g V l L V u I u M generazione trasmissione utilizzazione nv g =V l (1/n) I g =I l (1/m) V l = V u mi l =I u tensioni e correnti in valori efficaci Nelle applicazioni V g qualche decina di kv, V l qualche centinaio di kv, V g qualche centinaio di V Dal teorema di Thévenin n nv g l g L (n/m)v g (n /m ) g (1 /m ) l u M

6 6 Trasmissione dell energia elettrica Uso dei trasformatori nella trasmissione dell energia elettrica 1:n m:1 I g l l u V g I g V l L V u I u M generazione trasmissione utilizzazione nv g =V l (1/m) V l = V u Le elevate tensioni e le (relativamente) basse correnti in linea permettono la trasmissione di tensioni e correnti energia elettrica a grande distanza, limitando le perdite di energia e le cadute di tensione in valori efficaci Le tensioni del (1/n) generatore I g =I sono l fissate da esigenze costruttive mi l =I u Le tensioni del sono fissate da esigenze d uso e di sicurezza Nelle applicazioni V g qualche decina di kv, V l qualche centinaio di kv, V g qualche centinaio di V I trasformatori reali utilizzati sono dispositivi ad altissimo rendimento energetico ( > 99 %) Dal teorema di Thévenin n nv g l g L (n/m)v g (n /m ) g (1 /m ) l u M

7 7 Trasmissione dell energia elettrica Sistema monofase V g I V g I V g I Potenza attiva totale utile ( resistenza di ) Potenza attiva totale dissipata ( resistenza di un conduttore di linea) P a = 3 P al = 6

8 8 Trasmissione dell energia elettrica Sistema monofase a quattro fili FSE V g V g V g FSE FSE NEUTO onduttore comune ai tre circuiti Potenza attiva totale utile Notazione: ( resistenza FSE di ) FSE Potenza attiva FSE totale dissipata ( resistenza di NEUTO un conduttore di linea) I N I I I orrenti e tensioni di fase P a = 3 Moduli: I = I = I (= I ) [ = = (= ) ] P al = 6 I eff orrente di neutro: I N = I I I

9 9 Trasmissione dell energia elettrica Sistema monofase a quattro fili FSE V g V g V g FSE FSE NEUTO onduttore ircuito Potenza comune attiva equilibrato ai tre circuiti totale utile I N = I Iorrenti P I ( resistenza di ) a = 3 = 0e tensioni Poiché di I N fase = 0, il conduttore Notazione: FSE Moduli: di neutro in linea può essere = I = I (= I ) I I FSE P a = 3 I eff ; P al = 3 I eliminato eff [ I Potenza attiva FSE totale dissipata eff = = (= ) ] parità di potenza utile, Pin ( resistenza di un conduttore di linea) al un = sistema 6 I NEUTO orrente di eff equilibrato è neutro: I N = I I I I dissipata metà potenza in linea rispetto a un sistema monofase I N I I I = 0

10 10 Trasmissione dell energia elettrica Sistema monofase a quattro tre fili fili FSE V g V g V g FSE FSE NEUTO onduttore ircuito Potenza comune attiva equilibrato ai tre circuiti totale utile I N = I Iorrenti P I ( resistenza di ) a = 3 = 0e tensioni di fase Notazione: FSE Moduli: = I = I (= I ) I I FSE P a = 3 I eff ; P al = 3 I eff [ I Potenza attiva FSE totale dissipata eff = = (= ) ] parità di potenza utile, Pin ( resistenza di un conduttore di linea) al un = sistema 6 I NEUTO orrente di eff equilibrato è neutro: I N = I I I I I N I I I = 0 dissipata metà potenza in linea rispetto a un sistema monofase

11 11 Sistemi Sistema di trasmissione dell energia elettrica I generatore linea a tre fili I I

12 1 Sistemi Sistema di trasmissione dell energia elettrica E E I E generatore linea a tre fili I Z Z Z N g I N c Generatore in connessione a stella sistema simmetrico arico in connessione a stella E,E,E tensioni stellate N g neutro del generatore E E E N g N c neutro del

13 13 Sistemi Sistema di trasmissione dell energia elettrica E E I E generatore linea a tre fili I Z Z Z Z Z N g I Z N c Generatore in connessione a stella E,E,E tensioni stellate N g neutro del generatore sistema simmetrico E E E N g arico in connessione a stella a triangolo N c neutro del

14 14 Sistemi Sistema di trasmissione dell energia elettrica V E generatore E V E VN g linea a tre fili I I I Z Z Z Z Z N c Z Generatore in in connessione a stella a triangolo E,E,E tensioni V,Vstellate N tensioni g neutro del concatenate generatore sistema simmetrico arico in connessione a stella a triangolo V E V V E E =V =V =V N g E =E N=E c neutro =E del V V= 3 E

15 15 Tor Vergata Trasformatore generatore Tre trasformatori identici di rapporto m:n m:n V 1 V onnessione stella / stella E =E =E =E E =E =E =E Y - Y E V 1 V E / E = m / n E E

16 16 Tor Vergata Trasformatore generatore Tre trasformatori identici di rapporto m:n m:n V 1 V V 1 V onnessione stella / triangolo stella E =E =E =E =E =E =E V =V =V =V E =E =E =E E / V = m / n E E / E / E = = 3 m m / n/ n Y - YΔ E E E

17 17 Tor Vergata Trasformatore generatore Tre trasformatori identici di rapporto m:n m:n V 1 V V 1 V onnessione triangolo stella / / stella triangolo V E =E =V =E =E =E =V =E =E =V V =V =V =V =V =V E =E =E =E V E / V = m / n E / / E E = = 3 m m / n/ n Y Δ - YΔ E E E E

18 18 Tor Vergata Trasformatore generatore Tre trasformatori identici di rapporto m:n m:n V 1 V V 1 V onnessione triangolo stella / / stella triangolo / stella V E =V =E =E =E =V =E =E =E =V V E =V =E =V =E =V =V =E =V E =E =E =E V E / E V = m / n E / E E / / E = E = m = 3 /( m m / 3 n/ n) n Y Δ -Y - YΔ E E E E

19 19 Tor Vergata utotrasformatore generatore E = E (mn) / m utotrasformatore monofase L autotrasformatore è conveniente m:n m:n per rapporti di trasformazione V /V 1 = n / m (mn)/m V V V V a 1 V b { /V 1 = non n / molto m diversi da uno V V a =V V V a 1 V (m > n). 1 b { V a =V 1 Per contro, i circuiti primario e Vb =V 1 V secondario Vb =V 1 non -V sono disaccoppiati, ma hanno un terminale in comune V b =V a (mn) / m V b =V a (m-n) / m

20 0 Trasmissione e distribuzione omponenti e simbologia T : alta tensione; MT : media tensione; T : bassa tensione 380 kv 13 kv 0 kv 380 V trasmissione in T distribuzione in T distribuzione in MT distribuzione in T linee trifasi: tensioni concatenate valori efficaci utotrasformatore 380 / 13 kv Trasformatore 13 / 0 kv Trasformatore 0 / 0.38 kv Esempio 380 kv 0 kv 13 kv 380 V utenti

21 1 Trasmissione e distribuzione omponenti La rete di trasmissione e simbologia in T è alimentata da un insieme di generatori (alternatori), T : alta tensione; per mezzo MT di : media trasformatori tensione; elevatori T : bassa di tensione Le reti di trasmissione e distribuzione 380 kv sono trasmissione realizzate in in Tmodo da permettere connessioni multiple o di emergenza. 13 kv distribuzione in T linee trifasi: omponenti specifici (interruttori, tensioni concatenate 0 kv sezionatori) distribuzione permettono in MT di connettere o disconnettere sezioni di rete in T, MT e T. valori efficaci 380 V distribuzione in T Organi particolari permettono di compensare le cadute di tensione in linea, per garantire la costanza della tensione d utente entro i margini consentiti. utotrasformatore ondensatori di rifasamento sono inseribili in Trasformatore vari punti critici della rete. 380 / 13 kv 13 / 0 kv Trasformatore La frequenza dell intero sistema è fissa ( p. es. 50 Hz in Italia, 60 Hz negli 0 / 0.38 U.S.. kv ) Esempio 380 kv 0 kv 13 kv 380 V utenti

22 Trasmissione e distribuzione omponenti La rete di distribuzione trasmissione e simbologia in in T T è alimentata di norma da un a insieme quattro di fili. generatori (alternatori), Le T utenze : alta tensione; in T per mezzo distinguono MT : media trasformatori in tensione; utenze elevatori T : bassa (laboratori, di tensione officine, ecc.) e utenze Le monofase reti di trasmissione (utenze domestiche) e distribuzione 380 kv sono trasmissione realizzate in in Tmodo da permettere Sono connessioni in esercizio multiple due o sistemi di emergenza. standard: 13 kv distribuzione in T linee trifasi: omponenti Sistema specifici 380 V (interruttori, tensioni concatenate 0 kv sezionatori) distribuzione permettono in MT di connettere o eff concatenata / 0 V eff stellata (0 380 /1.73) : alle utenze disconnettere monofase sezioni è assegnata di rete la in T, MT e T. valori efficaci 380 tensione V stellata distribuzione a 0 in V eff T (fra una fase e il neutro) Organi Sistema particolari 0 Vpermettono eff concatenata di compensare / 17 V eff stellata le cadute (17 di tensione 0 /1.73) in : linea, alle utenze per garantire monofase la costanza è assegnata della tensione la tensione d utente concatenata entro i a margini 0 V consentiti. utotrasformatore ondensatori di rifasamento sono inseribili in Trasformatore eff (fra due fasi) e (eventualmente) la tensione stellata a 17 vari V punti critici della rete. 380 / 13 kv eff (fra una fase e il neutro) 13 / 0 kv Trasformatore La frequenza Il sistema dell intero 0 / 17sistema è in fase è di fissa dismissione ( p. es. 50 Hz in Italia, 60 Hz negli 0 / 0.38 U.S.. kv ) Esempio 380 kv 0 kv 13 kv 380 V utenti