Impianti elettrici

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Impianti elettrici Powered By Docstoc
					Impianti elettrici
          Grandezze elettriche
•   Tensione (V): Misurata in Volt (V)
•   Corrente (I): Misurata in Ampere (A)
•   Potenza: Misurata in Watt (W=V.I)
•   Resistenza: Misurata in Ohm (W=V/I)
•   Frequenza: Misurata in Hertz (Hz)
•   Luminosità: Misurata in lumen (lm)
•   Illuminamento: Misurato in lux (lux)
                 Tensione
• Rappresenta la differenza di stato fra due
  punti
• Rappresenta la possibilità di erogare energia
• Agli alveoli di una presa si può misurare la
  tensione senza passaggio di corrente e senza
  erogazione di potenza
• Così avviene per ogni circuito aperto
             Configurazione

                              A

                 V                V
                              B
Sorgente
di energia
                  Corrente
• Si verifica passaggio di corrente solo
  quando un circuito è chiuso
• La corrente che transita in un circuito
  dipende dal carico
• Il carico, possiede una sua impedenza
  (resistenza), ed il rapporto tensione diviso
  resistenza indica il valore della corrente I
• Legge di Ohm V=Z x I (V=R x I)
             Configurazione

                              A

                              L

                              B
Sorgente
di energia
             L=Carico
              Natura del carico
• Resistivo
     • Lampada incandescenza
     • Forno
     • Stufa elettrica
• Induttivo
     • Lampada fluorescenza (reattore)
     • Motore
     • Avvolgimento
• Capacitivo
     • Condensatori
     Effetti del carico resistivo
• Premesso che non esiste un carico resistivo
  puro
• La corrente assorbita è in fase con la
  tensione che la genera (V=ZxI = RxI)
• L’impedenza coincide con la resistenza
        Carico resistivo
V                           V

    I                       I


              o anche
              unendo le
              origini
              dei vettori
   Potenza di un carico resistivo
• La potenza è sempre un prodotto vettoriale
  di tensione e corrente.
     • In modulo P = V x I cos f
     • Dove f angolo compreso fra V ed I
• Essendo i due vettori in fase, (cos f = 1) il
  prodotto vettoriale è eguale a quello scalare
P = V x I ( dove P=potenza attiva)
     Effetti del carico induttivo
• Premesso che non esiste un carico induttivo
  puro
• La corrente assorbita è in quadratura ed in
  ritardo con la tensione che la genera
  (V=ZxI=XxI)
• L’impedenza coincide con la reattanza
  (considerata in quadratura con la resistenza)
    Carico induttivo

V                       V

          o anche
          unendo le
          origini
          dei vettori
      I                     f=90°   I
  Potenza di un carico induttivo
• La potenza come prima definita è
  ovviamente nulla per essere cos f = 0

• Si definisce la potenza reattiva come il
  prodotto della tensione V per la corrente in
  quadratura I

Q=VxI
    Effetti del carico capacitivo
• Premesso che non esiste un carico
  capacitivo puro
• La corrente assorbita è in quadratura ed in
  anticipo con la tensione che la genera
  (V=ZxI=XxI)
• L’impedenza coincide con la reattanza
  (considerata in quadratura con la resistenza)
    Carico capacitivo

V                              V

          o anche
          unendo le
          origini
          dei vettori
      I                 I   f=-90°
 Potenza di un carico capacitivo
• La potenza reale è ovviamente nulla
  (cosf=0)

• Si definisce la potenza reattiva come il
  prodotto della tensione V per la corrente in
  quadratura I

Q=VxI
       Effetti del carico comune
• Avendo premesso che non esistono carichi puri, il
  carico comune sarà:
   – Resistivo+induttivo ( è la configurazione comune)
   – Resistivo+capacitivo


• La corrente assorbita nella configurazione comune
  è in ritardo rispetto alla tensione che la genera
             Carico comune
                                           V
V
             P=VxIxcosf       o anche
        I                     unendo le            I
                                           P
                              origini

    f               Q=VxIxsinf                 f
                                                       Q


        Dalla figura segue che tgf = Q/P
            Potenza apparente
• Dalla figura precedente si ricava che sotto la
  tensione V il carico comune assorbe la corrente I
  in ritardo rispetto alla tensione.
• Questa corrente, peraltro, deve essere prodotta dal
  produttore e trasmessa in rete
• Per cui il produttore deve produrre sia la tensione
  V che la corrente I da inviare in rete, come se
  producesse V x I
• Il prodotto VxI si chiama potenza apparente
              Conseguenze
• Tutte le macchine che producono o
  trasformano energia (generatori,
  trasformatori, gruppi elettrogeni, gruppi di
  continuità) sono individuate dalla loro
  potenza apparente.
• L’unità di misura della potenza apparente
  (A) è il VA (Volt-ampere) con i suoi
  multipli
     Effetto del carico comune
• Una macchina elettrica per fornire energia
  utilizzabile ( dipendente dalla potenza reale)
  ha bisogno di assorbire dalla rete elettrica
  una potenza maggiore.
• Ciò si tramuta in una perdita per il
  produttore e per la linea di trasmissione
• E’ interesse del produttore ridurre questa
  perdita
            Fattore di potenza
• Il coseno dell’angolo f fra tensione e corrente
  viene denominato fattore di potenza
• Fino alla prima crisi energetica (1973) il valore
  stabilito per legge del cosf era non minore di 0,8
• Dopo, per legge, il valore del cosf deve essere
  eguale o maggiore a 0,9
• Ridurre il cosf è compito dell’utente
                 Rifasamento
• Il problema della riduzione del fattore di potenza
  viene denominato rifasamento
• Dei vari tipi di carico (resistivo, induttivo e
  capacitivo) sappiamo che assorbono corrente in
  fase; in quadratura e ritardo; in quadratura e in
  anticipo rispetto alla tensione
• Poiché un carico normale assorbe corrente in
  ritardo gli si potrà accoppiare un carico che
  assorba corrente in anticipo per riequilibrare tutto?
            Rifasamento

                  V

                          Iq   I
                   Itot

                      f1
                       f


Per diminuire l’angolo f occorre sommare alla
corrente assorbita una seconda corrente in anticipo
Per diminuire l’angolo
                          V
f occorre sommare alla
potenza apparente una         Qrif.(pot.reatt.)
potenza in anticipo       P
                               Atot    A (pot app.)
                              f1
                               f                  tgf=Q/P
 Perché cosf1 sia <=0,9                           tgf’ = (Q-Qrif.)/P
                                       Q          tgf’ = tgf –Qrif/P
                                                  Qrif =P(tgf-tgf’)
             Condensatori
• Il modo più comodo per rifasare è inserire
  dei condensatori
• La potenza del parco di condensatori viene
  espressa in VAr ( volt ampere reattivi)
• Per conoscere la capacità dei condensatori
  si può ricordare la formula in base alla
  potenza: Q= wxcxV   2
                Dove rifasare
• Rifasamento distribuito

• Rifasamento accentrato

     • Gli effetti per il distributore non cambiano
       Rifasamento distribuito
• Inserire adatti condensatori presso ogni
  utenza
• E’ utilizzato per
  – lampade fluorescenti
  – mobiletti dei fan coil
• Non è indicato per i motori
      Rifasamento concentrato
• Consente di risparmiare nell’investimento
• Consente regolazione automatica secondo
  necessità
• Occorre fare attenzione all’effetto pendolo
Calcolo degli impianti
           Procedura di calcolo
• Analisi dei carichi
• Calcolo della corrente assorbita da ogni linea
• Dimensionamento delle linee in funzione della
  portata
• Verifica della caduta di tensione
• Verifica del comportamento al corto circuito
• Verifica della protezione contro i contatti indiretti
            Analisi dei carichi
• Consiste nell’elencare tutti i carichi con la loro
  potenza e le loro caratteristiche
• Occorre considerare quanto si utilizza del carico
  introducendo il coefficiente di utilizzazione del
  singolo utilizzatore( ad esempio una presa
  dimensionata per un carico di 3 kW normalmente
  ne alimenta uno di 500 W)
• Occorre inoltre considerare un coefficiente di
  contemporaneità che interessa il complesso dei
  carichi
            Corrente assorbita
• Stabiliti i carichi di una zona si può:
   – Stabilire il numero dei circuiti (linea con
     protezione)
   – Individuare il carico complessivo di ogni
     circuito
   – Calcolare la corrente che attraversa il circuito
     con la formula I=N/(kxVxcosf) dove:
         – k = 1 per circuiti monofase, k=3 per circuiti trifase
         – V = tensione stellata
            Portata di corrente
• E’ una caratteristica del:
  –   circuito
  –   del conduttore e del suo isolamento,
  –   delle condizioni di posa
  –   della temperatura di esercizio
• Viene tabulata dall’UNI-CEI ( ente
  normatore )
Densità di corrente possibile
                       2
     Lato 1mm, area 1mm , perimetro 4 mm

                          2
     Lato 2mm, area 4 mm, perimetro 8 mm

                          2
     Lato 3mm, area 9 mm, perimetro 12 mm


                              2
     Lato 4 mm, area 16 mm, perimetro 16 mm
      E’ dal perimetro che si disperde il calore prodotto
      Temperatura di esercizio
• La temperatura ambiente normalizzata è
  pari a 30°C
  – Per temperature inferiori si ha un coefficiente
    maggiore di 1
  – Per temperature superiori si ha un coefficiente
    minore di 1
  – Per 30°C il coefficiente è 1
      Caratteristica del circuito
• Dipende dal fatto che un circuito sia monofase o
  trifase
• In un circuito monofase i conduttori percorsi da
  corrente sono 2; in un circuito trifase sono 3
• In un circuito monofase le fonti di calore sono
  meno
• La portata di un conduttore è maggiore se il
  circuito è monofase
      Conduttore e isolamento
• La portata dipende ovviamente dalla
  sezione anche se non in modo lineare
• Dipende dall’isolante perché questo ha
  diversi comportamenti alla temperatura
  – PVC può funzionare inalterato fino a 70°C
  – EPR può funzionare inalterato fino a 90 °C
• A temperature maggiori l’isolante invecchia
  prima
             Condizioni di posa
• Ogni condizione di posa ha una sua
  caratteristica di dissipazione del calore
  – Pose caratteristiche:
     •   In fascio entro tubo
     •   Su canale verticale
     •   Su canale orizzontale
     •   Direttamente incassato
     •   In aria libera
               Configurazione
                     ZLinea                  A
                                                  Z carico
                                              L
                                                     L=Carico
                      ZLinea                 B
Sorgente
di energia
   Se la impedenza di linea fosse nulla (ZLinea=0)
   tutta la tensione si avrebbe ai capi del carico
                  Caduta di tensione

               Zlinea=0                           Zlinea=0


      V             cdt=V                V             cdt<V


                Zlinea=0                           Zlinea=0

con Zlinea=0 la caduta di tensione    con Zlinea<>0 la caduta di tensione
ai capi dell’apparato è pari alla V   ai capi dell’apparato è minore < V
           Caduta di tensione
• Come il carico ha una sua impedenza Zcarico
  composta da resistenza e reattanza fra loro in
  quadratura, così anche la linea ha una sua
  impedenza Zlinea funzione della sezione e
  dell’isolamento.
• Quando la corrente transita in queste impedenze si
  verifica una caduta di tensione, quella che
  idealmente si verificherebbe tutta sul carico
Calcolo della caduta di tensione



             cdt = kxIxZ
               2      2
    Dove Z = R + X

    Dove k = 3 nei circuiti trifase
    Dove k = 2 nei circuiti monofase
        Determinazione di Z
• Poiché Z è somma di due termini fra loro in
  quadratura (R ed X) per avere la Z totale
  non è possibile sommare i vari valori di Z
• Occorre sommare separatamente tutte le R e
  tutte le X poi trovare l’ipotenusa del
  triangolo rettangolo da esse formato
             Limiti della cdt

• Secondo la Norma CEI 64-8 la caduta di
  tensione fra il punto di consegna
  dell’energia e l’utilizzatore più lontano non
  deve superare il 4%
              Corto circuito
                               A

                               L

                               B
Sorgente
di energia    L=Carico

                               A
                                   Corto circuito
                                   Z=0
 Sorgente                      B
 di energia
        Conseguenze del c.c.
• Dalla legge di Ohm V=ZxI
• Poiché V è dato (V=231 Volt) e Z=0 ne
  consegue che I tende all’infinito
• Non è così perché qui intervengono le
  impedenze della linea che si erano
  trascurate quando si calcolò la corrente
  nominale del circuito
              Corrente di c.c.
• Così la corrente di c.c. viene limitata dalle
  impedenze del circuito, impedenze di linea.

• Ic.c. = V / Z

• In questo caso non è consentito trascurare le
  impedenze interne della sorgente
           Impedenza complessiva
• E’ la somma di tutte le impedenze dalla
  sorgente al punto di corto circuito.
  Zsorg.
               ZLinea1                    ZLinea2         ZLinea3



 Ztotale=Zsorg.+Zlinea1+Zlinea2+Zlinea3                      2       2
                                                    Dove Z = R + X
 Rtotale=Rsorg.+Rlinea1+Rlinea2+Zlinea3
 Xtotale=Xsorg.+Xlinea1+Xlinea2+Xlinea3
     Impedenza della sorgente
• Non è mai trascurabile per c.c. a livello
  sorgente
• A fine linea non sempre è possibile
  trascurarla: ad esempio
  – Ciò avviene per consegne in bt dalla Società
    erogatrice
  – Avviene per i gruppi di continuità
     Energia specifica passante
• Quando la corrente di corto circuito
  attraversa un circuito, preoccupa il fatto che
  lo attraversi per un periodo lungo
• Il prodotto del quadrato della corrente per il
  tempo viene definito energia specifica
              2
  passante (I x t)
         Tempo di intervento
• Definito dalla curva tempo corrente nel relè
  termomagnetico



• Stabilito a valori voluti con relè elettronico
Curva tempo corrente
Taratura relè elettronico
     Principali effetti della Ic.c.
• Riscaldamento subitaneo del cavo (finché
  non interviene la protezione)
• Effetto elettrodinamico ( attrazione o
  repulsione di circuiti elettrici) a livello
  quadri ed apparecchi
              Conseguenze
• Occorre dimensionare il quadro e gli
  apparecchi per sostenere la Icc
• Questa possibilità per un interruttore viene
  chiamata Potere di interruzione
• Tutti gli interruttori di un quadro debbono
  avere lo stesso potere di interruttore
      Analogie con l’idraulica


• Alla base di una diga chi monterebbe un
  rubinetto da bagno?
        Potere di interruzione
• La corrente di guasto diminuisce
  allontanandosi dalla sorgente da qualche
  decina di kA a poche centinaia di A
• Ciò perché aumenta l’impedenza
  complessiva
• E’ possibile calcolare la Icc in ogni nodo
  del circuito, segnatamente in
  corrispondenza di ogni quadro
           Andamento della Icc
Zsorg.
            ZLinea1               ZLinea2        ZLinea3

  1                           2              3             4

Icc1 = V / Zsorg.
Icc2 = V / (Zsorg.+Zlinea1)
Icc3 = V / Zsorg.+Zlinea1+Zlinea2)
Icc4 = V / Zsorg.+Zlinea1+Zlinea2+Zlinea3)
      Conseguenze per il cavo
• Il cavo, come visto, è soggetto ad una
  corrente esuberante rispetto alla sua portata
• Perché il cavo resista occorre che non sia
  sottoposto all’innalzamento di temperatura
  per un tempo eccessivo
• La sopportazione del cavo dipende dalla
  sezione e dal tipo di isolamento
         Confronto con en.sp.
• Indicando con:
     • s la sezione in millimetri quadrati
     • k la costante dovuta all’isolamento, pari a:
        – 115 per PVC
        – 143 per EPR

• Occorre che sia verificata la diseguaglianza:
                   2    2    2
                 ks >I t
                  Quale I
• Occorre fare il confronto della diapositiva
  precedente sia con la corrente di guasto
  massima (espressa in A), che con la
  corrente di guasto minima.
• Il tempo è espresso in secondi
        Se la verifica non c’è
• Il migliore provvedimento è aumentare la
  sezione del cavo, e rifare i conti.
  – Si tenga conto che una sezione di cavo
    maggiore comporta una minore Zlinea e quindi si
    avrà una Icc maggiore nello stesso punto
  – L’aumento di Icc può incidere però meno
    dell’aumento della sezione
     Andamento del pot. interr.
• Il potere di interruzione necessario,
  diminuisce analogamente, man mano che ci
  si allontana dalla sorgente
• Ogni quadro elettrico dovrà essere
  dimensionato per tale potere di interruzione
     Caratteristiche interruttori
• Caratteristiche necessarie per la definizione:
  – Portata ( la massima corrente che i contatti sono
    chiamati a portare – valore discreto)
  – Taratura (la corrente nominale dell’interruttore)
  – Potere di interruzione
     • Distinto in :
         – Limite o
         – Di servizio
  – Curva di intervento
          Protezioni richieste
• Per legge, (46/90)all’inizio di un impianto
  ci deve essere:
  – Dispositivo di sezionamento materiale
    dell’impianto
  – Dispositivo per la protezione contro i
    sovraccarichi
  – Dispositivo per la protezione contro il c.c.
  – Dispositivo per la protezione contro i contatti
    indiretti
                    Selettività
• Le apparecchiature suddette è bene ripeterle in
  ogni quadro per avere selettività nelle protezioni.
• La selettività per la protezione ai sovraccarichi si
  ottiene con diverse tarature degli interruttori in
  cascata
• La selettività per la protezione al c.c. si ottiene
  principalmente con il tempo
• La selettività per la protezione contro i contatti
  indiretti si ottiene con il valore di soglia e con il
  tempo
Grazie dell’attenzione

    Giampietro Favero

				
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posted:4/10/2012
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