Elementi di impianti elettrici e sicurezza elettrica, Presentazione Unibo

Energia Elettrica

• La maggior parte dell'energia necessaria alle utenze industriali e civili è fornita sotto forma elettrica
• L'energia elettrica può essere trasmessa facilmente a grande distanza, distribuita in modo capillare sul territorio, convertita con elevato rendimento in energia meccanica, luminosa e termica ed è indispensabile in tutte le applicazioni nel campo dell'informatica e delle telecomunicazioni
• Il principale inconveniente dell'energia elettrica è rappresentato dal fatto che non è possibile immagazzinarla in quantità industriali, quindi deve essere prodotta nello stesso momento in cui viene richiesta

Centrali di Produzione

• La maggior parte dell'energia elettrica è prodotta mediante conversione elettromeccanica utilizzando alternatori
• Le centrali di produzione si classificano in base all'energia primaria utilizzata
• Energia idraulica
• centrali idroelettriche
• centrali mareomotrici
• Energia termica
• centrali termoelettriche a combustibile fossile
• centrali termonucleari
• centrali geotermoelettriche
• Energia eolica
• Energia solare
• centrali fotovoltaiche

Diagramma di Carico

• Il problema di adeguare la potenza generata a quella richiesta viene semplificato collegando tra loro un numero elevato di utenze in modo che l'andamento della richiesta sia più regolare L'insieme delle utenze nazionali può essere visto come un unico carico il cui fabbisogno di energia in funzione del tempo è rappresentato mediante un grafico detto diagramma di carico
• L'andamento del diagramma di carico giornaliero varia a seconda della stagione ma presenta un andamento sempre dello stesso tipo nei giorni feriali, e un andamento diverso, con potenze ridotte, il sabato e i giorni festivi
• In ogni caso sono presenti due massimi (punte di carico) e un minimo notturno

Diagramma di Carico Giornaliero Terna

Rete Elettrica Nazionale - 24 Nov 2010

Potenza (Migliaia di KW)

Ora Previsione Consuntivo 1 31,795 32,166 2 29,781 30,169 3 29,045 29,263 4 28,663 28,907 5 29,078 29,115 6 30,574 30,663 7 35,691 35,853 8 41,766 41,755 9 46,035 45,984 10 47,599 47,300 11 47,505 47,357 12 46,935 46,736 13 44,390 43,882 14 43,926 43,297 15 45,257 44,503 16 46,274 45,637 17 47,855 47,684 18 50,549 50,597 19 49,540 49,881 33,000 20 47,906 48,308 21 45,310 45,767 22 43,134 43,569 23 38,941 39,452 24 35,296 35,596 28,000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora Scostamento Assoluto Medio Potenza 0.76 % Scostamento alla Potenza Massima 0.09 % Scostamento alla Potenza Minima Scostamento Energia 0.06 % * Dati relativi al 100% del fabbisogno dell'Area Nazionale ELABORAZIONE EFFETTUATA SULLA BASE DI DATI PROVVISORI DI ESERCIZIO 25/11/2010

Diagramma di Carico Giornaliero Terna

Rete Elettrica Nazionale - 28 Nov 2010

Potenza (Migliaia di KW)

Previsione Consuntivo 1 29,719 29,379 2 27,661 27,583 3 26,520 26,617 4 25,790 25,903 5 25,667 25,827 37,000 35,000 9 30,328 30,316 10 32,949 33,077 11 34,144 34,696 12 34,475 35,557 13 33,681 35,513 14 32,274 33,855 31,000 15 31,994 33,270 16 32,460 33,599 17 33,954 35,161 18 37,097 37,656 19 38,350 38,677 20 38,779 38,608 21 38,454 37,668 22 36,794 36,042 23 34,961 33,822 24 31,899 30,845 Energia (Migliaia di kWh) Previsione 768,730 Consuntivo 775,386 Scostamento Assoluto Medio Potenza Scostamento alla Potenza Massima Scostamento alla Potenza Minima Scostamento Energia 1.90 % 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora . Diagramma del fabbisogno orario di domenica, 28 nov 2010 Confronto Consuntivo-Previsione Migliaia di kW 39,000 6 25,669 26,001 7 27,258 27,595 8 27,853 28,119 0.84 % Consuntivo 983,441 Diagramma del fabbisogno orario di mercoledì, 24 nov 2010 Confronto Consuntivo-Previsione Migliaia di kW 48,000 43,000 38,000 Energia (Migliaia di kWh) Previsione 982,845 27,000 25,000 + -0.26 % 0.62 % 0.86 % * Dati relativi al 100% del fabbisogno dell'Area Nazionale ELABORAZIONE EFFETTUATA SULLA BASE DI DATI PROVVISORI DI ESERCIZIO 29/11/2010

Adeguamento della Produzione

• L'adeguamento della produzione alla richiesta è effettuato facendo funzionare alcune centrali in modo continuativo, un modo da rendere disponibile una potenza base PB e facendo intervenire altre centrali per coprire le punte di carico
• Le centrali termoelettriche hanno tempi di avviamento lunghi (dell'ordine delle ore), quindi sono idonee al servizio di base . Le centrali idroelettriche hanno tempi di avviamento più brevi (dell'ordine dei minuti), quindi sono idonee al servizio di punta
• Nei periodi in cui la potenza richiesta è minore di PR si ha un'eccedenza di potenza disponibile
• Questa energia viene utilizzata nelle centrali idroelettriche per pompare l'acqua dai bacini di valle a quelli in quota, costituendo scorte da utilizzare nei momenti di punta

Sistema Elettrico Nazionale

• Gli elementi di un sistema elettrico nazionale sono
• centrali di produzione, in cui viene generata l'energia elettrica
• linee elettriche di potenza, che collegano interconnettono le centrali, i nodi intermedi del sistema e le utenze finali
• stazioni e cabine di trasformazione, disposte nei nodi intermedi, che interconnettono le diverse sezioni del sistema
• utenze . Il sistema elettrico ha una struttura gerarchica ed è costituito dall'unione di sottosistemi caratterizzati da diverse
• estensioni territoriali strutture topologiche
• tensioni nominali

Livelli di Tensione nei Sistemi Elettrici

Classificazione di Uso Corrente

Fascia di tensione Tensione nominale bt: bassa tensione Vn ≤ 1000 V MT: media tensione 1000 V < V ≤ 30000 V AT: alta tensione 30000 V < V ≤ 150000 V AAT: altissima tensione V. ≥ 150000 V

Classificazione Normativa in Funzione dei Livelli di Tensione

Categoria Tensioni alternate Tensioni continue 0 Vn ≤ 50 V Vn ≤ 120 V 1 50 V < Vn ≤ 1000 V 120 V < Vn ≤ 1500 V 2 1000 V < V ≤ 30000 V 1500 V < V ≤ 30000 V 3 V ≥ 30000 V V ≥ 30000 V

Struttura del Sistema Elettrico Nazionale

Produzione Trasmissione Distribuzione 20 kV 380 kV 220 kV 132 kV 20 kV 400/230 V G Centrali ST ST CP CS 4 Grandi utenze Piccole utenze G = generatori ST = stazioni di trasformazione CP = cabine di trasformazione primarie CS = cabine di trasformazione secondarie

Produzione di Energia

• Nelle centrali di produzione l'energia è generata in prevalenza mediante alternatori trifase con tensioni nominali dell'ordine delle decine di kV e frequenza di 50 Hz
• I generatori delle centrali sono collegati alle linee di trasmissione mediante trasformatori che provvedono a elevare le tensioni, in modo da ridurre le correnti nelle linee . Le centrali con potenza superiore a 250 MVA sono sempre collegate alle linee a 380 kV o 220 kV
• Per centrali di potenza inferiore è possibile anche il collegamento alle linee a 132 kV
• Solo centrali di potenza inferiore a 10 MVA possono essere collegate anche alle linee a media tensione

Trasmissione

• La rete di trasmissione (o trasporto) ha una struttura magliata ed è costituita da linee trifase senza neutro a 380 kV (con estensione nazionale) o 220 kV (con estensione regionale)
• Le linee a 380 kV e 220 kV sono interconnesse mediante autotrasfor- matori nelle stazioni di trasformazione
• La rete a 380 kV include un collegamento mediante cavo sottomarino a corrente continua (500 kV) tra la penisola italiana a la Sardegna . Le rete a 220 kV include un collegamento mediante cavo sottomarino a corrente continua (200 kV) tra Toscana, Corsica e Sardegna
• La rete italiana è collegata alle reti estere confinanti (Francia, Svizzera, Austria, Slovenia) e mediante un cavo sottomarino a corrente continua, con la Grecia

Rete a 380 kV e 220 kV

Rete a 380 kV (31-12-2011) 0 Rete a 220 kV (31-12-2011) 6 100 -

Distribuzione

• Le linee di trasmissione sono collegate nelle stazioni di trasformazione alle linee di distribuzione in AT (132 kV) mediante autotrasformatori . Sono trifase senza neutro e hanno struttura magliata ed estensione regionale
• Le linee di distribuzione a MT (20 kV) sono collegate a trasformatori alimentati dalle linee di distribuzione AT nelle cabine di trasformazione primarie · Sono trifase senza neutro e hanno struttura ramificata ed estensione comunale o intercomunale
• Le linee di distribuzione BT (400/230 V) sono trifase con neutro e hanno struttura ramificata e distribuzione capillare sul territorio . Sono collegate con le linee MT nelle cabine di trasformazione seconda- rie per mezzo di trasformatori con primario a triangolo e secondario a stella con neutro

Linee Aeree

• Sono realizzate con conduttori fissati mediante isolatori a pali (per medie e basse tensioni ) o tralicci (per alte tensioni)
• I conduttori hanno struttura a fune e possono essere in rame o alluminio (a parità di resistenza elettrica i conduttori di alluminio hanno una sezione maggiorata del 60% ma peso pari alla metà dei conduttori in rame)
• I conduttori in alluminio in genere sono irrobustiti mediante un'anima interna di acciaio
• Negli elettrodotti di potenza maggiore spesso si utilizzano due terne di conduttori collegati in parallelo tra loro . Nelle linee ad alta tensione di solito è presente un ulteriore conduttore, detto fune di guardia, che collega le estremità superiori dei tralicci e che costituisce una protezione contro le fulminazioni atmosferiche

Componenti Linee Aeree

Fune di guardia Isolatori Conduttori

Effetto Corona nelle Linee Aeree

• In particolari condizioni di pressione e umidità si può verificare un fenomeno detto effetto corona, dovuto alla ionizzazione dell'aria in prossimità dei conduttori e che spesso si manifesta come una luminescenza di colore azzurro che circonda un tratto della linea
• Questo fenomeno dà origine a perdite e produce scariche che possono creare disturbi alle comunicazioni radio
• Inoltre nel caso di tensioni elevate può anche innescare scariche elettriche tra i conduttori
• Per contrastare il fenomeno occorre ridurre l'intensità del campo elettrico in prossimità dei conduttori . A tal fine si utilizzano linee a conduttori multipli (2 ,3 o anche più conduttori nel caso si altissime tensioni) in modo da aumentare il diametro efficace dei conduttori

Linee in Cavo

• Per la distribuzione a media e bassa tensione si utilizzano le linee aeree solo nelle aree rurali e extraurbane
• Nelle zone urbane si impiegano in prevalenza linee in cavo sistemate in cunicoli sotterranei
• Le linee in cavo sono impiegate, inoltre, nei sistemi elettrici di potenza in continua, utilizzati per i collegamenti sottomarini
• I conduttori sono rivestiti da guaine isolanti (in gomma sintetica, PVC o polietilene) . Si possono avere più cavi unipolari affiancati oppure cavi multipolari
• I cavi possono essere racchiusi in una calza conduttrice, che ha la funzione di schermo elettrostatico e di protezione meccanica e che viene rivestita, a sua volta da una guaina isolante