Anno:periodo4-5:2 Lezioni,esercitazioni,laboratori:5+2+t' (ore settimanali) Docente: Giovanni Cantarella
Il corso si propone di approfondire le conoscenze dello studente suiprincipali compo -nenti degli impianti di distribuzione e di utilizzazione dell'energia elettrica, considerati nella loro costruzione,applicazione e funzionamento,in condizioni ordinarie e anomale. Essoèparticolarmente consigliato ai futuri ingegneri che intendano operare in attività di progettazione di impianti elettrici di potenza e di progettazione, costruzione e verifica di componenti elettromeccanici di circuiti e impianti elettrici.
REQUISITI
Nozioni propedeutiche:nozioni di base relative agli impianti elettrici, alla fisica tecnica
e alle macchine elettriche. . .
PROGRAMMA
Componenti degli impianti e sovracorrenti
Ruolo degli apparecchi di interruzione negli impianti di distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica. Attualità degli apparecchi elettromeccanici. Protezione degli impianti elettrici industriali e residenziali. Esempi applicativi. Sovracorrenti. Corrente di cortocircuito;componente simmetrica ed unidirezionale. Picco massimo della cor-rente di cortocircuito e sua dipendenza dall'istante iniziale del guasto. Trattazione analitica e esempi applicativi.
Sorgenti di correnti di cortocircuito
Cortocircuito ai terminali di un generatore sincrono. Corrente transitoria nell'avvolgi-mento di eccitazione e negli smorzatori. Reattanza subtransitoria, transitoria e sincrona.
Andamento nel tempo della corrente di cortocircuito e costanti di tempo relative. Con-tributo dei motori sincroni alla corrente di guasto di cortocircuito. Contributo dei motori asincroni alla corrente di cortocircuito. Trattazione analitica semplificata.
Esempi applicativi e procedimenti di calcolo secondo le norme CEI e IEC.
Sollecitazioni termiche
Trasmissione di calore negli apparecchi elettrici per conduzione, convezione e irrag-giamento. Campo di temperatura. Riscaldamento di conduttori a sezione éostante.
Costante di tempo al variare della densità di corrente. Corrente critica. Conduttori connessi a un apparecchio elettrico: effetto dei terminali sulla temperatura. Riscalda-mento di un conduttore in un tratto di sezione ridotta. Gradiente di temperatura e potenza trasmessa al conduttore. Riscaldamento di conduttori sottoposti ad arco elet-trico. Riscaldamento di conduttori isolati e delle bobine degli apparecchi elettrici.
Conduttori in condizioni di cortocircuito.
it
o integrale di Joule. Riscaldamento di conduttoricon carico intermittente. Limiti di temperatura a regime termico. Sovracca-rico ammissibile in servizio intermittente.Sollecitazionielettrodinamiche
Forze elettrodinamiche agentitra conduttori complanari non paralleli. Caso generale. Diagramma delle forze. Forze agenti tra conduttori rettilinei paralleli di lunghezza illimitata e finita. Forza di attrazione tra una parete ferromagnetica e un conduttore.
Forzeagenti su conduttori dispostiad angolo retto e ad U. Forze agenti tra conduttori rettilinei paralleli. Diagramma generalizzato per la determinazione delle forze. Forze agenti su un conduttore circolare: forza radiale e tangenziale. Valori istantanei delle forzeagenticon corrente alternata.
Arco elettrico
Zona catodica,anodica e colonna d'arco. Ionizzazione termica. Grado di ionizzazione dell'arco elettrico. Relazionedi Eggert-Saha. Ionizzazione pereffetto del campo elet-trico. Formazione di ioni negativi. Ricombinazione. Fenomeni magnetici nell'arco:
campi circolari e trasversali, strizione dell'arco. Getto di plasma. "Esplosione"
all'interruzione della corrente. Caratteristica statica e dinamica dell'arco. Condizioni di stabilitàdell'arco. L'arcoelettrico in regime generico transitorio. Modello matematico dell'arco. Costante di tempo dell'arco e sua influenza sul processo di interruzione.
Resistenza dell'arco all'istante di interruzione della corrente e durante il fenomeno di post-arco. Determinazionedella potenzadissipata e della costante di tempo dell'arco.
Interruzione di corrente continua
Interruzione di corrente continua in circuiti resistivied induttivi. Influenza della ten-sione di alimentazione e della corrente. Andamento nel tempo della corrente e della tensione d'arco. Sovratensione all'interruzione. Sovratensione in caso di strappamento della corrente. Energia trasformata in calore. Riduzione della sovratensione all'interruzione. Interruttorirapidi per corrente continua: limitazione del picco, della durata della corrente,dell'ite dell'energia trasformata nell'arcodi interruzione.
Interruzione di corrente alternata.
Interruzione di corrente alternata in circuiti puramente resistivi e prevalentemente induttivi. Tensione transitoria di ritorno(TTR) e alla frequenza di alimentazione. Fre-quenza propria del circuito senza e con smorzamento. Resistenza critica. Fattore di ampiezza e fattoregamma. TTR e reinnesco dell'arco elettrico. Influenza della corrente dipost-arco sul reinnesco dell'arco. La tensione transitoria di ritorno nella normativa del CEI e della IEC. Rappresentazione della TTR mediante i metodi dei due e dei quattro parametri. Interruzione di correnti in circuiti trifase. Diagrammi della corrente, della tensione e della TTR.
Apparecchi di protezionecontro le sovracorrenti
Interruttori a pieno volume d'olio, a olio ridotto. Interruttori in aria compressa e SF6.
Interruttorimagnetici e in vuoto. Condizioni di funzionamento degli interruttori parti-' - ;' colarmente severe. Cenni sull'interruzione di piccole correnti induttive con strappa-mento di corrente. Sovratensione. Interruzione di correnti capacitive. Tensione di ritorno. Sovratensione in caso di ripetuti reinneschi d'arco. Interruzione in discordanza di fase. Rapporto tra corrente di circolazione e di cortocircuito. TTR ai terminali dell'interruttore della corrente di circolazione e di quello di cortocircuito. TTR e fattore diampiezza nell'interruzione in opposizione di fase. Interruzione nei circuiti con neutro connesso a terra e in quelli con neutro isolato.
Sganciatori. Corrente di regolazione. Caratteristiche di intervento di interruttori auto-matici per impianti industriali, domestici e similari. Correnti convenzionali di
intervento e di non intervento. Poteri di chiusura e di interruzione nominali di interrut-tori automatici. Ipotesidi costanza e non dell'ampiezza della componente simmetrica della corrente di cortocircuito. Potere di interruzione estremo e di servizio (fcu e Ics)' Selettività. Categorie di utilizzazioneA eB degli interruttori automatici. Corrente di breve durata ammissibile nominale (fcw)' Caratteristiche ]2t - corrente presunta. Con-tattori:costituzione e caratteristiche. Categorie di utilizzazione. Poteri di chiusura e interruzione. Prestazioni in servizio occasionale. Coordinamento con i dispositivi di protezione contro cortocircuito.
Apparecchi !imitatori di corrente
Fusibili e interruttori limitatori. Struttura funzionale. Caratteristiche tempo - corrente.
Correnti e tempi convenzionali. Caratteristiche]2t e di limitazione. Energia d'arco.
Fusibili tipogG, gM, eaMe relativi funzionamenti. Protezione dei circuiti di alimen-tazione di motori mediante fusibili e loro scelta. Sovratensione di funzionamento dei dispositivi limitatori di corrente.
Cavi elettrici
Indicazioni e requisiti normativi per i cavi isolati in PVC, G2, EPR, XLPE. Durata di vita dei cavi. Protezione dei cavi contro sovraccarico: ipotesi teorica e soluzione nor-mativa, Protezione contro cortocircuito mediante interruttori automatici e fusibili ..
ESERCITAZIONI
Esercitazioni di calcolo relative agli argomenti trattati nelle lezioni.
LABORATORIO
Esercitazioni pratiche svolte nei laboratori di cortocircuito dell'IEN "Galileo Ferraris".
BIBLIOGRAFIA
Testo di riferimento: Appunti dalle lezioni.
Testi ausiliari,'per approfondimenti: Normativa nazionaleed internazionale.