SOLUZIONE TEMA MINISTERIALE TECNICO DELLE INDUSTRIE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE 2012 1). Descrizione dell impianto attraverso uno schema e specifica della funzione dei componenti. L impianto elettrico a partire dal punto di fornitura contiene un interruttore -QM automatico scatolato magnetotermico di tipo Z per distribuzione, relè differenziale -FD con intervento I d =1[A] inserito attraverso un trasformatore -TA di protezione. Il gruppo di continuità -UPS completo di batterie tampone -B serve per garantire ai carichi sensibili degli uffici, computer etc., un alimentazione continua, senza interruzioni o abbassamenti di tensione, il gruppo è fornito di protezioni magnetotermiche proprie in ingresso e uscita. Il quadro di distribuzione -QD completo per ogni linea di interruttori differenziali con intervento I d =30[mA] e interruttori automatici magnetotermici bipolari Tipo C da 16[A] per le prese e da 10[A] per l illuminazione. Il gruppo elettrogeno alimentato sull asse da un motore a scoppio prevede per la parte elettrica un alternatore in BT trifase V=400[V], questi alternatori generalmente hanno gli avvolgimenti di statore collegati a stella con centro stella collegato a terra PEN, e alla barra di terra del quadro MCC centro controllo motori. Il gruppo è utilizzato per mantenere la produzione dell impianto anche in mancanza di fornitura di energia, in questo caso vengono previste due interruzioni di energia (una alla mancanza della fornitura e l altra al suo ritorno) non si prevede quindi per il funzionamento il parallelo del gruppo alla rete, pertanto il quadro di distribuzione deve prevedere due interruttori scatolati automatici magnetotermici di Tipo C: -QM1 alimentato dalla rete e -QA1 alimentato dall alternatore del gruppo elettrogeno, i due interruttori sono forniti di interblocco meccanico ed elettrico per evitare la loro chiusura contemporaneamente. I nove motori sono alimentati attraverso un quadro MCC a nove scomparti, uno per ogni motore, l avviamento è di tipo diretto per tutti i motori, in particolare per il motore del vagliatore bisogna prevedere anche l inversione di marcia. Ognuno degli scomparti prevede un set di tre fusibili (uno per fase) con categoria d uso am con potere d interruzione a campo ridotto adatti per la protezione di circuiti che alimentano motori; un contattore trifase dimensionato per la corrente nominale del motore, uno sganciatore termico (relè termico), per la misura della corrente del motore si prevede un trasformatore di misura TA con rapporto In/1[A] e di un amperometro Cl 1 sul pannello frontale. L alimentazione del motore in corrente continua, prevede un quadro di distribuzione contenente due interruttori automatici magnetotermici Tipo C di cui uno -Q1FV alimentato dalla rete elettrica e l altro - Q2FV alimentato dall impianto fotovoltaico -FV di produzione di energia attraverso l inverter -FVI e il trasformatore monofase -FVT. Il quadro contiene anche un convertitore a ponte semicontrollato monofase e relativa regolazione, per l alimentazione di un motore in corrente continua ad eccitazione separata regolato sulla tensione d armatura. Segue lo schema unifilare dell impianto: Pagina 1
Pagina 2
2). Calcolo della potenza apparente minima del gruppo elettrogeno: Le potenze assorbite dai motori sono: potenza attiva del trituratore ( ) potenza reattiva del trituratore potenza attiva del vagliatore ( ) potenza reattiva del vagliatore potenza attiva della pressa compattatrice ( ) potenza reattiva della pressa compattatrice potenza attiva dei nastri trasportatori ( ) potenza reattiva dei nastri trasportatori La potenza attiva e reattiva minima totale è: La potenza apparente minima totale per la quale bisogna dimensionare il gruppo elettrogeno è: fattore di potenza convenzionale corrente totale del gruppo motori La potenza commerciale del gruppo elettrogeno più prossima è di, volendo far lavorare l alternatore del gruppo elettrogeno al 75% della sua potenza nominale occorre scegliere un gruppo di potenza: Pertanto la scelta va al gruppo di 3). Dimensionamento della linea lunga 60 metri che collega il quadro di distribuzione del gruppo elettrogeno al quadro MCC centro controllo motori, considerando un adeguata perdita di potenza. Consideriamo adeguata una perdita di potenza percentuale del sezione della linea relativa alla potenza assorbita dai motori vale:, con questa perdita di potenza la ( ) Pagina 3
Questo rappresenta il valore minimo di sezione che deve avere il conduttore di linea per soddisfare la verifica relativa alla perdita di potenza percentuale in linea, ovviamente la sezione della linea deve essere determinata in base alla corrente assorbita dal carico, nel caso specifico dal gruppo motori. A tale proposito consideriamo un alimentazione in cavo con posa in aria, in passerella forata con tre conduttori caricati e affiancato a 0,25[m] dai cavi adiacenti ed una temperatura ambiente di 40 C, per queste condizioni le costanti di riduzione della portata valgono rispettivamente e. La corrente totale assorbita dai motori calcolata in precedenza è di, la portata a 30 C sarà: per questa portata scegliamo una sezione di:. Nota Bene: In considerazione del fatto che il gruppo elettrogeno scelto ha una potenza apparente nominale di 80[kVA], il cavo che collega il gruppo ai motori deve essere dimensionato per la corrente nominale dell alternatore del gruppo elettrogeno e non per la corrente del carico. 4). Determini il rapporto di trasformazione del trasformatore che alimenta il circuito raddrizzatore Il valore medio della tensione in corrente continua in uscita dal raddrizzatore monofase semicontrollato è legato al valore efficace in corrente alternata della tensione in ingresso dello stesso dalla relazione: ( ) Dalla quale si ricava il valore di con la formula inversa, per il calcolo scegliamo un angolo minimo di impulsamento, la tensione d armatura del motore è : ( ) ( ) Questa è la tensione minima che deve avere il trasformatore del convertitore per garantire la tensione nominale del motore mantenendo un angolo minimo d impulsamento di 30 nel caso in cui si voglia forzare la tensione d armatura di un 20% allora bisogna o impulsare con un angolo più piccolo di 30 oppure aumentare la tensione del trasformatore a 143[V], calcoliamo quindi il rapporto di trasformazione per questo valore: Poiché questo rapporto di trasformazione è piccolo è più adatto allo scopo l uso di un autotrasformatore invece che di un trasformatore o meglio per ridurre i costi di una semplice induttanza in ferro. Pagina 4
Per realizzare l automazione richiesta usiamo un PLC SIEMENS S7-200, il linguaggio di programmazione è l AWL, l automazione riguarda solo l inversione di marcia del vagliatore, le due uscite sono Q0.0 per la marcia avanti e Q0.1 per la marcia indietro. Le due uscite sono sempre una opposta dell altra cioè pertanto l automazione può essere ottenuta con una funzione di lampeggio, avente tempi pari a T2=T1 e T3=2*T1, il ciclo temporale è mostrato in figura e richiede due temporizzatori T37 e T38. L automazione ha inizio premendo il pulsante S0 di inizio ciclo cablato all ingresso I0.0 : Automazione dell'azionamento del vagliatore Segmento 1 LD S0 Abilitazione di inizio ciclo A S1 Pulsante di fine ciclo AN T38 TON T37, +100 set timer al valore T2 Segmento 2 LD T37 TON T38, +200 set timer al valore T3=2*T2 Segmento 3 LD S0 A S1 A T37 AN KM1 interblocco contattore marcia avanti Q0.0 = KM2 contattore di marcia indietro Q0.1 Segmento 4 LD S0 A S1 AN T37 AN KM2 interblocco contattore marcia indietro Q0.1 = KM1 contattore di marcia avanti Q0.0 Pagina 5
Pagina 6