Leggi, norme tecniche e criteri per la progettazione delle reti di distribuzione in MT e BT

Leggi, Norme Tecniche e Criteri di Progettazione

CAPITOLO 3
Leggi, norme tecniche e criteri per la progettazione delle reti di distribuzione in MT e BT.
Come già accennato, il dimensionamento degli impianti di distribuzione viene
eseguito con riferimento alle condizioni di funzionamento nominale (o di regime
permanente).
Ciò significa che per eseguire il dimensionamento di un impianto di distribuzione si può fare
riferimento al suo circuito equivalente monofase, al quale si perviene così come indicato al
capitolo precedente, nel quale è stato altresì definito il suo modello matematico.
Il passo successivo è, pertanto, quello di definire i cirteti da seguire per il dimensionamento
degli impianti in questione.

Criteri di Dimensionamento Adottati

I criteri di dimensionamento generalmente adottati sono:

• il criterio della massima caduta di tensione (criterio elettrico);
• il criterio della massima sovratemperatura (criterio termico);
  il criterio del massimo tornaconto economico.

Prima di entrare nel merito dei predetti criteri di dimensionamento delle reti di
distribuzione, è giusto il caso di sottolineare che la progettazione, la installazione, la
manutenzione ordinaria, la conduzione e la verifica peridodica degli impianti elettrici sono
oggetto di numerose leggi e norme tecniche che hanno il compito di garantire, oltre al corretto
funzionamento dell'impianto, anche la sicurezza delle persone che, dal contatto con parti
dell'impianto elettrico, potrebbero subire danni anche mortali.
Una panoramica sulle predette leggi e norme tecniche, nonché sugli Enti preposti alla
normazione tecnica nel settore elettrico sarà fornita più avanti, quando introdurremo il tema
specifico della sicurezza delle persone contro lo shock elettrico.

Dimensionamento delle Reti di Distribuzione con Criterio Elettrico

1. Dimensionamento delle reti di distribuzione con il criterio elettrico
E' noto che tutte le utenze elettriche (lampade, motori, ... ) sono sensibili, in misura e
con effetti diversi, tanto agli aumenti del modulo della tensione quanto agli abbassamenti del
modulo della tensione. Le lampade, per esempio, possono subire una diminuzione della loro
vita utile (aumento della tensione) oppure una diminuizione della resa luminosa
(abbassamento della tensione); così come i motori asincroni, in caso di diminuizione della
tensione subiscono una diminuizione della loro coppia motrice con, a parità di coppia
resistente, un conseguente incremento dello scorrimento e quindi della corrente assorbita
(aumento ulteriore della caduta di tensione sulla linea di alimentazione ed aumento delle
perdite per effetto Joule sulla linea di alimentazione e negli avvolgimenti del motore, che
potrebbe surriscaldarsi eccessivamente).
Per quanto sopra accennato, i valori della caduta di tensione sugli impianti di
distribuzione, espressi in percentuale della tensione nominale dell'impianto stesso - AV% -,
vengono imposti inferiori a certi valori massimi ritenuti ammissibili; in particolare si impone:

• in BT: AV% ≤4 + 6%,
  V in MT: AV% ≤ 5 : 7%.

Fissati i valori ammissibili per le cadute di tensione sull'impianto, e noti i carichi, la
loro ubicazione e la tensione nominale dell'impianto, si tratta quindi di trovare le sezioni dei
conduttori delle linee costituenti la rete di distribuzione, in modo che la massima caduta di
tensione AV max nell'impianto non superi un preassegnato valore ammissibile, AVamm.

Reti con Carichi Resistivi

1.1 reti con carichi resistivi
Ricordando che la caduta di tensione su una singola linea dell'impianto di
distribuzione è esprimibile in termini analitici e generali con l'equazione (2.2) ricavata nel
capitolo 2, nel seguito vengono inizialmente considerate, per semplicità di esposizione, i più
ricorrenti casi pratici di linee che alimentano carichi puramente resistivi (coso= 1).
Successivamente, si mostrerà come estendere i criteri di dimensionamento delle linee al caso
più generale di carichi homico-induttivi.

Linea con Carico di Estremità

Linea con carico di estremità)
L
X
X
P
A
I
Fig. 1. Linea con carico di estremità.
La massima caduta di tensione è pari a:
AV = R . I = K . p = . I
=K· p
L
S
essendo p la resistività del materiale conduttore utilizzato per realizzare il cavo.
Il coefficiente K assume i seguenti valori:
2
linea monofase,
K =
1
linea trifase.
Ciò in quanto sulle linee trifasi, in condizioni di funzionamento simmetrico ed equilibrato
(condizioni normali), la corrente di ritorno sul neutro è nulla e, quindi, per ogni fase, si ha
caduta di tensione solo sul conduttore di andata; nelle linee monofase, invece, si ha sempre
caduta di tensione sia sul conduttore di andata che su quello di ritorno (che ha le stesse
caratteristiche di quello di andata), per cui la caduta di tensione è doppia.
PonendoMp =LI,
definito come momento elettrico della corrente valutato rispetto al punto di alimentazione, P,
l'espressione della massima c.d.t. diventa:
V
MP
K . p MP
.
A questo punto, la sezione del conduttore si ricava semplicemente imponendo:
AV = R.D . MP
K . P . MP
≤ AVamm. .
E' importante sottolineare che, poiché dal calcolo possono scaturire valori della
sezione del conduttore non presente in commercio, la sezione di progetto dovrà essere
approssimata a quella commerciale immediatamente superiore a quella di calcolo.

Linea con Carichi Concentrati lungo il Percorso

Linea con carichi concentrati lungo il percorso
P
A
I
1
I2
I3
X
y
L1
L2
L3
Fig. 2. Linea con carichi concentrati lungo il percorso.
Anche se in prima analisi potrebbe sembrare economicamente conveniente, nella
pratica i diversi tratti della stessa dorsale non vengono realizzati con sezioni differenti; si
pone invece:
S =S =S =S.
1
2
S 3
L'espressione della massima c.d.t., calcolata tra P e A, applicando il principio di
sovrapposizione degli effetti, è funzione della somma dei momenti elettrici delle singole
correnti rispetto al punto di alimentazione P:
AV = K-EM
S
Pi
dove M è il momento elettrico delle singole correnti rispetto al punto di alimentazione P.
Pi
Si può porre:Pi
L
I
(3.1)
i
da cui:
AV = KOL*EI.
.
S
i
In definitiva, ai fini della determinazione della sezione S, la linea della Fig. 2 risulta
equivalente a quella della Fig. 3, a condizione che L* sia facilmente calcolata a partire dalla
condizine (3.1)
L*
*
*
ΣΙ;
Fig. 3. Linea equivalente alla linea di Fig. VII.2

Linea con Carico Uniformemente Distribuito

Linea con carico uniformemente distribuito
L
*
I=İL
i
Fig. 4. Linea con carico uniformemente distribuito
Anche in questo caso, per motivi di praticità, la sezione della linea sarà unica per
l'intera lunghezza.
Poiché il carico è uniformemente distribuito, se i è la corrente per unità di lunghezza è
possibile definire una corrente risultante pari a I = i x L ed il dimensionamento si può
effettuare riconducendo il caso in esame, ancora una volta, a quello di linea con carico di
estremità (Fig. 1). La corrente risultante può essere, infatti, concentrata in un punto a distanza,
L*, dal punto di alimentazione, purché L* sia posto uguale a:
, 7L
x
i
2
o
2İL
İL 2
L
2
.
i .L
Si . x . dx
i . L
İL
2
fi . dx
L *=
o x

Reti Radiali Complesse

Reti radiali complesse
S1
S2
A2
P
S 3
A3
Fig. 5. Esempio di rete radiale complessa
In questo caso, ogni linea della rete si dimensiona indipendentemente dalle altre
utilizzando le esemplificazioni indicate in precedenza.
Può capitare, però, che la rete dadiale sia alimentata da una linea principale (detta
"dorsale", Fig. 6); in questo caso il problema risulta alquanto più complesso.
S
1
S2
A2
P
O
S3
A3
Fig.6. Esempio di rete radiale con un tratto di alimentazione comune.
Innanzitutto, appare conveniente differenziare le sezioni delle singole linee terminali,
Si, e queste ultime da quella della dorsale principale, So, per cui in generale si hanno (n+1)
incognite, se n sono le linee terminali.
La massima caduta di tensione tra il punto P e il generico punto A¡ è data da:
AV = AV + AV.
0
i
(3.2)
e si possono scrivere n di queste equazioni linearmente indipendenti (una per ogni linea
terminale).
Una possibile equazione aggiuntiva e linearmente indipendente dalle altre, che nella pratica
risulta essere economicamente conveniente, è la seguente:
n
So = >Si
i=1
.
S
0(3.3)
Dalla (3.2), si ricava:
AV. = AV - AV
0
con:
AV = K-M
i
S.
i
Oi '
nella quale Moj è il momento elettrico della corrente risultante del ramo i-esimo rispetto
all'origine del ramo stesso (punto O).
Ovviamente si può scrivere anche:
AV. = AV. = K
i+1
i
M
O(i+1)
pertanto risulta:
S
S
i
(i+1)
quindi in generale:
S. = C . M
i
Oi
S = ES. = C EM
i
S. = S
i
0
M
EM
Oi
Oi
(3.4)
D'altra parte, per il tratto comune a tutte le linee si ha:
V
o
K
S
L
o
I
i
K
S
o
M
.
P
o
Vale allora:
AV = AV + AV. = K
S
o
M
P
+ P
S
M
Oi
.
1
Sfruttando la (VII.3) si può scrivere:
V = KO M + MO
0
S
K
o
ρ Μ + ΣΜ
Oi
(3.5)
nella quale l'unica incognita è la So.
S
p
(i+1)
M
Oi
M
O(i+1)
1
C
i
.Ponendo ancora:
ΣΜ .= λΣΙ.
i
i
la (3.5) diventa:
AV = Kp
I
S
(
i
o
L
o
)
In altri termini, la sezione So può essere calcolata imponendo che la massima caduta
di tensione sulla linea equivalente mostrata nella Fig. 7 sia minore o uguale alla caduta di
tensione ammissibile.
*
X
P
Lo
So
2
*
A
ΣΙ;
Fig. 7. Linea equivalenze alla rete di Fig. 6, ai fini del calcolo di So.
Imponendo:
AV ≤ AVamm.
si ha:
S ≥Kp
AV amm.
ΣΙ. - (L +1)
Calcolato, anzitutto, la S0 , le Si possono essere calcolate separatamente utilizzando la
(3.4).

Reti di Distribuzione ad Anello

Reti di distribuzione ad anello.
Una rete di distribuzione a semplice anello (Fig. 5 del capitolo 1) può essere
evidentemente ricondotta ad una linea aperta ma alimentata da entrambi le due estremità, con
tensioni identiche (Fig. 8).
i
.L
X
P
Ip
, IQ
Q
Vp = Vo
I
Vo = Vp
X
L1
L2
Fig. 8. Linea alimentata alle due estremità con tensioni uguali
ed equivalente ad una rete ad anello semplice
Si dimostrerà che la linea di Fig. 8 si può scomporre in due linee con carichi di
estremità (Fig. 9), equivalenti fra loro ai fini del calcolo dell'unica sezione S da assegnare alla
rete ad anello.
L1
L2
X
P
X
A
A
*
Q
I
S
Q
Ip
Fig. 9 Scomposizione di una linea alimentata alle due estremità con tensioni uguali.
Per poter calcolare la sezione S è necessario semplicemente calcolare il valore della
corrente che circola nella linea di sinistra (Ip, Fig. 9) o, equivalentemente, in quella di destra
(IQ, Fig. 9), per poi applicare quanto già fatto per il caso di linea con carico di estremità.
Essendo Vp = VQ e S1 = S2 = S, deve anche essere:
LI.IP = L2.IQ
Inoltre:
I=Ip +10
e pertanto le espressioni di Ip ed Io in funzione di I sono:
Ip =1.22, ID =1.1.
L
Più complesso si presenta il caso in cui i carichi sulla rete ad anello sono più di uno.
La rete ad anello può, innanzitutto, essere sostituita con una linea aperta alimentata alle due
estremità, come mostrato nella Fig. 10:
S
*