Date post: | 01-May-2015 |
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CENNI DI IMPIANTI ELETTRICI
Prof. M.S. Sarto
ELETTROTECNICALaurea Ing. Aerospaziale - 1° livello
CENTRALI DI PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA
• IDROELETTRICHE• TERMOELETTRICHE• TERMONUCLEARI• GEOTERMOELETTRICHE• EOLICHE• SOLARI
CENTRALI IDROELETTRICHE
TURBINA RISORSA CARATTERISTICA
Kaplan Acqua fluente Bassa velocità (p elevato)
Francis Bacino idroelettrico (bassa caduta)
Media velocità
Pelton Bacino idroelettrico(alta caduta)
Alta velocità(p=1,2)
CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI
CATEGORIA LIVELLO TENSIONE A.C. LIVELLO TENSIONE D.C.
0 BT: Vn 50 V BT: Vn 120 V
1 BT: 50 V Vn 1000 V
BT: 120 V Vn 1500 V
2 MT: 1 kV Vn 30 kV
MT: 1.5 kV Vn 30 kV
3 AT: Vn 30 kV (AAT: Vn 50 kV)
AT: Vn 30 kV (AAT: Vn 50 kV)
SCHEMA DI IMPIANTO ELETTRICO
G
MT AT
MT
BT
BT
MT/AT AT/MT
MT/BT
MT/BT
Generazione in MT
(10-15 kV)
Trasmissione in AT
(220-380 kV)
Distribuzione in AT (50-150 kV) o MT
Utilizzazione in MT o BT
SOVRATENSIONI
• CAUSE INTERNE– Manovre sugli impianti (apertura o
chiusura di interruttori)– Improvvisa riduzione del carico– Risonanze– Contatti accidentali con altro impianto
in esercizio a tensione maggiore
• CAUSE ESTERNE– Fenomeni di origine atmosferica
(fulminazione diretta o indiretta)
0.1 IM
0.5 IM
0.9 IMIM
Tf Te
time [s]
i(t)
fe TtTtIti expexp0
I0 = 10-200 kA
Tf = 0.5 – 1.5 s
Te = 50-100 s
Il fulmineIl fulmine
leader Return stroke
FULMINE DISCENDENTE (polarità negativa)
FULMINE ASCENDENTE(polarità negativa)
leaderReturn stroke
Negative (descending) Positive
First stroke Following strokes (ascending)
IM [kA] 34 13.4 43
Tf [s] 8.5 1.2 33
Te [s] 73 31 300
(di/dt)M [kA/s] 14 39 2.6
IIMM : corrente di picco (di/dt)(di/dt)MM : tangente massima
TTff : tempo di salita all’emivalore TTee : tempo
feM TtTtII ˆexpˆexp0
lnˆ 1t
0Iadt
di
M
SOVRACORRENTI
• SOVRACCARIC0– Superamento dei valori di corrente per i
quali una linea o un’apparecchiatura sono dimensionate (In) (e.g. Spunto dei motori asincroni in fase di avviamento)
• CORTO CIRCUITO– Contatto tra due elementi dell’impiantonon
equipotenziali. Le correnti di cto cto possono essere molto elevate in quanto limitate solo dall’impedenza a monte del guasto.
APPARECCHI DI MANOVRA E INTERRUZIONE
• INTERRUTTORI
– Manuali
– Automatici
Apertura e chiusura di una linea sottocarico anche in condizioni di corto circuito
x
x
PARAMETRI CARATTERISTICI
• TENSIONE NOMINALE DI ESERCIZIO (Ve): tensione alla quale sono riferite le prestazioni dell’apparecchio (apertura/chiusura)
• TENSIONE NOMINALE DI ISOLAMENTO (Vi): tensione alla quale è garantito l’isolamento dell’apparecchio
• CORRENTE NOMINALE (In): corrente che l’interruttore può condurre a regime. Assume valori diversi con riferimento a servizio continuo o discontinuo.
• POTERE NOMINALE DI INTERRUZIONE (Iin): corrente di corto circuito che l’interruttore può interrompere ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve.
• POTERE NOMINALE DI CHIUSURA SU CORTO CIRCUITO (Icn): corrente di corto circuito sulla quale l’interruttore può essere chiuso ad una tensione superiore non oltre il 10% di Ve.
•CONTATTORI
– Manuali
– Automatici
Interruzione delle sole correnti di normale esercizio
•SEZIONATORI
– Manuali
– Automatici
Interruzione della continuità elettrica in linee a vuoto (I=0)
N.B. Nella fase di interruzione del circuito si apre prima l’interruttore e poi il sezionatore.
•FUSIBILIDispositivo di protezione dalle sovracorrenti: interrompe correnti di corto circuito elevate.
T [s]
I [A]
Zona di intervento
Campo di integrità
In Inf If Icc
In : corrente nominale
Inf : corrente massima di sicura non fusione
If : corrente minima di sicura fusione
Icc : corrente di corto circuito
DISPOSITIVI DI PROTEZIONE DA SOVRATENSIONI
Caratterististica tensione-corrente non lineare:• alta impedenza rispetto a terra durante le
condizioni normali di funzionamento • corto circuito a terra in presenza di una
sovratensione
v(t)
v(t)
Condizione normale di funzionamento:
Circuito aperto – impedenza molto elevata
In presenza di sovratensione:
Corto circuito – impedenza molto bassa
v(t)
Scaricatori a gas(Migliore controllo della tensione di intervento)
Diodi soppressori
Varistori ad ossido di metallo
•Tensione quasi costante sul carico in presenza della sovratensione
•Non possono condurre correnti elevate
•Tensione costante sul carico in presenza della sovratensione
Spinterometri
Scaricatori ad asta
•Alta capacità di assorbimento dell’energia della sovratensione
•Tensione che decresce rapidamente dopo l’intervento
Le caratteristiche diverse di gas arresters, gas arresters, varistori e diodi soppressorivaristori e diodi soppressori possono essere combinatecombinate nella realizzazione di circuiti di circuiti di
protezione multistadioprotezione multistadio
P6T
UC 230
~v2
v1
~v1
V3v2
v3~
50
CAP 110
1k
CAP 1
15 V
10
50 Vv1
v3
0
500
1000
1500
2000
2500
0.01 0.1 1 10 100 1000
[V]
time [s]
Sovratensione transitoriaSovratensione transitoria
Tf = 1 s Te = 50 s VM = 2.1 kV
100 ns/div
100 V/div
5 V/div
100 ns/div
tensione tensione misurata sul misurata sul primo stadioprimo stadio
tensione tensione misurata sul misurata sul terzo stadioterzo stadio
vv11
vv33
RELE’
• CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA ALLA QUALE SONO SENSIBILI:– Voltmetrici– Amperometrici– Wattmetrici– Frequenzimetrici– Ad impedenza– Termici– Tachimetrici
• CLASSIFICAZIONE IN BASE AL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO:– Elettromagnetici– Elettrodinamici– Ad induzione
• CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA GRANDEZZA DA ANALIZZARE:– Di massima– Di minima– Differenziale
RELE’ MAGNETICOTempo
CorrenteIs = 8-10 In
Tin
Caratteristica di intervento
RELE’ TERMICOTempo
CorrenteI 5 sec = 4 In
5 sec
Caratteristica di intervento
RELE’ MAGNETO-TERMICO
Tempo
CorrenteIs = 8-10 In
Tin
Caratteristica di intervento
OSSERVAZIONE:
I relè magnetico, termico, magnetotermico intervengono SEMPRE per corrente SUPERIORE alla corrente nominale dell’impianto (da 4 ad 8-10 volte).
Ad esempio, in un’utenza domestica con corrente nominale di 15 A, la corrente di intervento non è inferiore a 60 A.
La corrente pericolosa per l’uomo è di 50 mA !
RELE’ DIFFERENZIALE
Corrente di intervento molto minore alla corrente nominale dell’impianto:
IMPIANTI INDUSTRIALI: I = 300 mA
UTENZE DOMESTICHE: I = 30 ma
UTENZE PARTICOLARI: I = 10 ma
SISTEMA DI UTILIZZAZIONE IN BT: stato nel neutro
• Sistema IT• Sistema TT• Sistema TN
BTMT/BT
Utenze monofasi o trifasi
1° lettera: stato del neutro del secondario del trasformatore MT/BT
2° lettera: stato delle masse delle utenze
IMPIANTI DI TERRA
• Norma CEI 64-8• Norma CEI 11-8• Norma CEI 81-1
SCOPO DELL’IMPIANTO DI TERRA:
1) Offrire una via di ritorno alle correnti di guasto diversa da quella offerta dal corpo umano
2) Determinare l’intervento delle protezioni in tempi opportuni
3) Rendere equipotenziali strutture metalliche suscettibili di essere toccate contemporaneamente.
COMPONENTI DI UN IMPIANTO DI TERRA
Conduttori equipotenziali
Conduttore di protezione
Conduttori di terra
dispersori
Tensione di passoTensione che può risultare applicata tra i piedi di una
persona a distanza di un passo durante (1 m) un cedimento dell’isolamento
Tempo eliminazione del guasto [s]
Tensione massima di passo [V]
> 2 50
1 70
0.8 80
0.7 85
0.6 125
< 0.5 160