LEnergia elettrica ed il suo utilizzo Energia elettrica

L’Energia elettrica ed il suo utilizzo Energia elettrica

Fonti dell’energia • Calore – Nucleare – a combustibile – a biomassa • Fotovoltaica • Idrica – salto – fiume – maree • Chimica • Eolica Energia elettrica 2

Pregi e difetti nucleare • • • Minore costo dell’energia Minore inquinamento Possibilità di contaminazione Costi elevati alla dismissione Difficoltà di smaltimento materiale radioattivo Energia elettrica 3

Pregi e difetti combustibile • Possibilità di adottare nella stessa centrale combustibile solido, liquido o gassoso • Emanazione di fumi inquinanti • Dipendenza dal mercato del petrolio • Fonte non rinnovabile ed esaurita in un periodo inferiore ad un secolo Energia elettrica 4

Pregi e difetti biomassa • • Necessità di adeguata cultura Cattivo odore nello stoccaggio Tecnologia non perfezionata Scorie inquinate Energia elettrica 5

Pregi e difetti chimica • • • Limitata autonomia Estrema trasportabilità Necessità di rica Smaltimento complicato Impianti condizionati da temperatura e possibilità di esplosione Energia elettrica 6

Pregi e difetti fotovoltaico • • Elevato costo di costruzione Costo di produzione nullo Necessità di ampi pannelli Rendimento funzione dell’illuminamento Energia elettrica 7

Pregi e difetti idrico (salto) • • • Necessità di un invaso Impatto ambientale Non inquinante Basso costo di esercizio Difficoltà di regolazione Energia elettrica 8

Pregi e difetti idrico (fiume) • Minore impatto ambientale • Lo stesso fiume può essere utilizzato per diversi salti • Basso costo di esercizio • Problemi per la navigazione • Poco adatto per la regolazione Energia elettrica 9

Pregi e difetti idrico (maree) • • Costo di esercizio limitato Non inquinante Applicabile solo in alcune zone Grande impatto ambientale Energia elettrica 10

Pregi e difetti eolica • • • Scarsa produzione per macchina Necessità di molti generatori e grandi spazi Impatto ambientale Costi di esercizio limitati Necessità di zona ventosa Energia elettrica 11

Tensioni di esercizio • Si distinguono in: – Alte tensioni (superiori a 30. 000 V) – Medie tensioni (fra 1. 000 e 30. 000 V) – Bassa tensione ( inferiori a 1. 000 V) – Bassissima tensione (inferiore a 24 V) Energia elettrica 12

Alte tensioni • Sono utilizzate per coprire grandi distanze • Normalmente vengono fornite all’utente solo nel caso in cui la potenza richiesta è di qualche megawatt • In questo caso l’utente dovrà costruire un piazzale all’aperto e utilizzare una tensione intermedia per la distribuzione interna Energia elettrica 13

Tensioni normalizzate • • 60 k. V ( distribuita all’utente) 150 k. V (distribuita all’utente) 220 k. V (linee interconnessione) 380 k. V (linee dorsali) Energia elettrica 14

Schema distribuzione AT/MT/bt Utente Rete bt UTENTE AT ENEL AT/MT UTENTE MT/bt Utente Rete bt Energia elettrica MT/bt Utente Rete 15 bt

Medie tensioni • Sono utilizzate per la distribuzione alle grandi utenze: – stabilimenti industriali – ospedali – grandi alberghi – centri commerciali – gruppi di sale cinematografiche Energia elettrica 16

Tensioni normalizzate in MT • Per tutto il territorio nazionale: 20 k. V – eccezioni: Roma 8, 4 k. V – Firenze 15 k. V – Milano 23 k. V Energia elettrica 17

Fonti di energia per un utente • • Fornitura da parte della Società erogatrice Gruppo elettrogeno Gruppo di continuità Cogeneratore Energia elettrica 18

Impianto di utente completo ENEL Gruppo elettrogeno Cabina trasformazione Scambio rete-gruppo Rete normale Rete preferenziale UPS Rete Continuità Energia elettrica 19

Gruppo elettrogeno • Generatore alimentato da motore termico • Si accende automaticamente in mancanza di tensione di rete • Ha bisogno di serbatoio di gasolio per il funzionamento in emergenza • Ha bisogno di batterie per l’avviamento automatico Energia elettrica 20

Capacità del serbatoio – Il consumo del GE è circa 170 g di gasolio per cavallo ogni ora (CV/h) – La potenza del GE è data in k. VA ( equivalenti ai k. W quando il fattore di potenza è unitario) – Ogni CV è pari a 736 W – La massa volumica del gasolio è pari a 0, 85 – Quindi per 1 k. VA occorre: 1/(0, 736 x 0, 85) litri di gasolio l’ora = 1, 6 l – Normalmente si utilizzano serbatoi da 5 (o 10) metri cubi – Un GE da 100 k. VA ha autonomia di 31 (62)h 21 Energia elettrica

Gruppi di continuità (UPS) • Servono ad alimentare utenze critiche alla mancanza di tensione quali: – computer – apparecchi elettromedicali – apparecchi elettronici • Vengono dimensionati per un tempo limitato (10 -20 minuti) per intervenire durante l’avviamento del GE Energia elettrica 22

Costituzione di un UPS Convertitore da continua a alternata Rete Raddrizzatore da alternata a continua Batterie Energia elettrica Carico 23

Problemi di ridondanza • In un ospedale è bene avere più di un GE per evitare di interrompere macchine critiche (cuore polmone, respiratori, ecc. ) • Negli uffici (computer) è bene avere un avviso se il GE non si avvia, per chiudere i files aperti durante l’autonomia dell’UPS Energia elettrica 24

Cogeneratore • E’ un generatore, normalmente a gas, che funziona contemporaneamente alla rete, o in sua assenza • Viene pilotato dalla rete per cui ha di quella le caratteristiche ( frequenza, tensione, fase ecc. . ) • Può essere commutato su rete in caso di manutenzione Energia elettrica 25

Tensione normalizzata in bt • 400/231 V – I valori corrispondono alle tensioni concatenata e stellata di un sistema trifase – Tali valori sono fra loro in rapporto come 1 e 3 Energia elettrica 26

Rapporto fra Vc e Vs Vc = Vs x cos 30° 2 Vc = Vs x 3 2 2 Vc Vs Vc 2 30° Vc = Vs x 3 Energia elettrica 27

Schema trifase Ir Ir=Is=It R N S In=Ir+Is+It=0 T It Is Energia elettrica 28

Sistemi elettrici • Dipendono dalla configurazione dell’impianto di terra. – Sistemi TN • TN-C • TN-S – Sistemi TT – Sistemi IT Energia elettrica 29

Sistema TN-C Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T PEN TERRA Energia elettrica 30

In caso di guasto TN-C Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE TERRA Guasto Ig Fase R Fase S Fase T PEN Ig Fra fase e PEN si verifica un corto circuito ed interviene la protezione utente Energia elettrica 31

Sistema TN-S Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T Neutro PE TERRA Energia elettrica 32

In caso di guasto TN-S Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE TERRA Guasto Ig Fase R Fase S Fase T Neutro PE Ig Fra fase e PE si verifica un corto circuito ed interviene la protezione utente Energia elettrica 33

Sistema TT Cabina di Trasformazione ENEL TERRA ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T Neutro PE TERRA UTENTE Energia elettrica 34

In caso di guasto TT Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL TERRA ENEL UTENTE Ig Ig Guasto Fase R Fase S Fase T Neutro PE TERRA UTENTE Fra fase e PE si verifica un guasto con Ig inferiore a quella relativa al corto circuito la protezione. Energia utente interviene se è differenziale elettrica 35

Sistema IT Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Fase R Fase S Fase T Neutro Energia elettrica 36

In caso di guasto IT Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE Guasto Fase R Fase S Fase T Neutro Massa dell’ apparecchio Energia elettrica 37

In caso di secondo guasto IT Protezione utente Cabina di Trasformazione ENEL UTENTE 2° Guasto Massa del 2° apparecchio 1° Guasto Fase R Fase S Fase T Neutro Massa del 1° apparecchio Il corto circuito Energia si verifica tramite la terra elettrica 38

Leggi ELETTRICHE • DPR 547 del 1955 ( impianti elettrici nei luoghi di lavoro) • Legge 186 del 1968 (Norme CEI) • Legge 46 del 1990 (sicurezza degli impianti) • DPR 447 del 1991 Decreto di attuazione della 46/90) Energia elettrica 39

Legge 5 marzo 1990 n. 46 Norme per la sicurezza negli impianti sono soggetti alla applicazione della legge • • Impianti elettrici Impianti radiotelevisivi, elettronici e di terra Impianti di riscaldamento e climatizzazione Impianti idrosanitari Impianti per trasporto e utilizzo del gas Impianti sollevamento persone Impianti di protezione anti incendio Energia elettrica 40

Novità introdotte dalla legge • • Soggetti abilitati Requisiti tecnico professionali Progettazione degli impianti Installazione degli impianti Dichiarazione di conformità Responsabilità Sanzioni Energia elettrica 41

Soggetti abilitati • Tutte le imprese singole o associate, regolarmente iscritte: – nel registro delle Ditte (presso Camera di Commercio) – Nell’Albo provinciale delle imprese artigiane • L’esercizio della attività è subordinato al possesso dei requisiti tecnico professionali Energia elettrica 42

Requisiti tecnico professionali • Laurea in materia tecnica specifica • Diploma di scuola secondaria superiore con specializzazione del settore specifico con periodo di 1 anno alle dirette dipendenze di un’impresa del settore • Attestato di formazione professionale con periodo di 2 anni • Operaio specializzato con periodo di 3 anni Energia elettrica 43

Installazione • Obbligo della regola d’arte • Gli impianti elettrici devono essere dotati di impianti di messa a terra e di interruttore differenziale ad alta sensibilità o di altri sistemi di protezione equivalenti, • Tutti gli impianti esistenti devono essere adeguati entro 3 anni dalla entrata in vigore della legge (13 marzo 1993) Energia elettrica 44

Impianto con collegamento a terra Energia elettrica

ENEL In diff Senza guasto In ENEL In diff Con guasto In-Ig Ig Energia elettrica 46

Impianto senza collegamento a terra Energia elettrica

ENEL In diff Senza contatto In ENEL In diff Con contatto In-Ig Ig Energia elettrica 48

Conseguenze della disposizione • La definizione alta sensibilità ( pari a 30 m. A) era una convenzione per addetti ai lavori senza fondamento normativo • Manca ogni riferimento al coordinamento delle protezioni. • La questione verrà risolta dal Regolamento Energia elettrica 49

Regolamento di attuazione D. P. R. 6 dicembre 1991 n. 447 • Il regolamento fissa i limiti per la necessità del progetto e definisce le opere di adeguamento per i fabbricati e gli impianti esistenti Energia elettrica 50

Precisazioni del regolamento – Gli impianti eseguiti secondo norme CEI UNI sono a regola d’arte (o materiali CE) – Gli interruttori differenziali ad alta sensibilità vengono intesi quelli con corrente di guasto non superiore a 1 A. – Per sistema di protezione equivalente si intende ogni sistema ammesso dalla norma CEI Energia elettrica 51

Precisazioni del regolamento sugli impianti esistenti • Ammesso adeguamento per fasi successive purché entro i tre anni • si considerano adeguati gli impianti che abbiano: – sezionatori e protezioni contro le sovracorrenti posti all’origine dell’impianto – protezione contro i contatti diretti – protezione contro i contatti indiretti o interruttore differenziale Energia elettricacon soglia 30 m. A. 52

ENEL In diff Con terra In-Ig Ig ENEL In diff Senza terra In-Ig Ig Energia elettrica 53

Commento alla figura precedente • Il collegamento di terra (PE) unito all’interruttore differenziale ne determina l’apertura appena si verifica il guasto • Senza il PE occorre che si stabilisca il collegamento precario attraverso il corpo umano • Non tutti gli organismi presentano la stessa sopportazione al passaggio di corrente per il tempo di apertura dell’interruttore Energia elettrica 54

Valori della resistenza di terra • Secondo il DPR 547 del 27/04/1955 (sicurezza nei posti di lavoro) il valore deve essere non superiore a 20 Ohm • Secondo la norma CEI il valore deve essere coordinato con le protezioni in modo che la tensione di contatto non raggiunga valori pericolosi V=R. I Energia elettrica 55

V=R. I • Dove – V = 50 V normalmente – V = 25 V in : • cantieri • locali uso medico • ricoveri animali – I = corrente di soglia del differenziale (da 30 a 1000 m. A cioè da 0, 03 a 1 A) – R può allora variare tra 25/1 = 25 ohm e 50/0, 03 = 1. 666 Ohm Energia elettrica 56

Come ottenere una buona terra? • Dispersore verticale o picchetto • Dispersore orizzontale • Dispersore a piastra o a maglia • Plinti di fondazione Il valore dipende dalla resistività del terreno r Energia elettrica 57

Calcolo della resistenza Rd • Resistenza di un dispersore verticale: Rd = rm / L rm = Resistività media del terreno in W. m L = lunghezza dell’elemento a contatto in m. Energia elettrica 58

Calcolo della resistenza Rd • Resistenza di un dispersore orizzontale Rd = 2. rm / L rm = Resistività media del terreno in W. m L = lunghezza dell’elemento a contatto in m. Energia elettrica 59

Calcolo della resistenza Rd • Resistenza di un sistema di elementi magliati Rd = rm / 4. r dove r = raggio del cerchio che circoscrive la maglia in m. Energia elettrica 60

Calcolo della resistenza Rd • Ferri delle fondazioni Rd = rm / p. d dove d = V . 1, 57 essendo V il volume del calcestruzzo armato a contatto con il terreno di fondazione in metri cubi 3 Energia elettrica 61

Calcolo della resistenza Rd • Dispersore a piastre rm p Rd = 4 S dove S superficie di un lato della piastra a contatto con il terreno in metri quadrati Energia elettrica 62

Resistenza Rt totale La resistenza totale è data dalla formula: 1 Rt = S i 1 Rd i Quando si può considerare che i vari elementi di Rt non si influenzino a vicenda, siano cioè distanti almeno il doppio della loro dimensione maggiore Energia elettrica 63

Determinazione della resistività • Sulla base della natura del terreno • Da misura di resistività eseguita con il metodo Wenner ( a 4 sonde) • Da misure di resistenza applicando la formula al contrario Energia elettrica 64

Resistività in funzione della natura del terreno ( valori in W. m) • • • Terreno paludoso Argille e marne Arenarie, gessi, scisti argillosi Calcare quarz. , granito, ghiaia Terreno sabbioso umido 100 • Calcare 150 • Terreno sabbioso secco Energia elettrica 200 da 2 a 15 da 3 a 15 da 10 a 50 da 500 da 70 a da 100 a da 150 65 a

Resistività con il metodo Wenner a a a si infiggono 4 elettrodi alla stessa distanza a e si effettua la misura con lo strumento che fornisce una lettura diretta in W della resistenza R La resistività vale : r = 2 p a R Energia elettrica (W. m) 66

Resistività con misura di resistenza con dispersore verticale rm = Rd. L con dispersore orizzontale rm = Rd. L/2 si effettua una misura di resistenza e si applica al contrario la formula per ricavare la resistività Energia elettrica 67