Anno:periodo5:2 Lezioni, esercitazioni, laboratori:5+2+ l (ore settimanali) Docente:GiovanniCantarella
Il corsosi propone diapprofondire le conoscenzedello studente sui principali compo-nentidegli impianti didistribuzione e di utilizzazione dell'energia elettrica,considerati nella lorocostruzione,applicazioneefunzionamento,incondizioni ordinarie e anomale. Essoèparticolarme nteconsigliato ai futuriingegneriche intendano operare in attività di progettazione di impianti elettrici di potenzae diprogettazione, costruzione everifica di componenti elettromeccanici dicircuitie impianti elettrici.
REQUISITI
Nozionipropedeutiche:nozionidibase relative agli impianti elettrici,alla fisica tecnica e alle macchine elettriche.
PROGRAMMA
Componenti degli impianti esovracomponenti
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 diun generatore sincrono. Corrente transitoria nell'avvolgi-mento dieccitazione e neglismorzatori. Reattanza subtransitoria,transitoria e sincrona.
Andamento nel tempo della COrrentedi 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 procedimentidi calcolo secondo le norme CEIeIEe.
Sollecitazioni termiche
Trasmissione di.calore negli apparecchi elettrici per conduzione,convenzione e irrag-giamento. Campo di temperatura. Riscaldamento di conduttori a sezione costante. Costante di tempo al variare della densità di corrente. Corrente critica. Conduttori connessi a un apparecchio elettrico:effetto dei terminalisulla temperatura. Riscalda-mento di un conduttore in un tratto di sezione ridotta. Gradiente di temperatura e potenzatrasmessa 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. Riscald amento di conduttoricon carico intermittente. Limiti di temperaturaa regimetermico. Sovracca-rico ammissibileinserviziointermittente.Sollecitazioni elettrodinamiche
Forze elettrodinamiche agenti tra 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 disposti ad 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 forzeagenti con corrente alternata.
Arco elettrico
Zonacatodica, anodica e colonna d'arco. Ionizzazione termica. Grado diionizzazione dell'arco'elettrico. Relazione di Eggert-Saha. Ionizzazionepereffetto 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. Caratteristicastatica e dinamica dell'arco. Condizionidi stabilitàdell'arco. L'arco elettrico 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. Determinazione della potenza dissipata e della costante di tempo dell'arco.
Interruzione di corrente continua
Interruzione di corrente continua in circuiti resistivi ed 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. Interruttori rapidi per corrente continua: limitazione del picco, della durata della corrente,dell'I2te dell'energia trasformata nell'arco di 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
mc.
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 protezione contro le sovracorrenti
Interruttori a pieno volume d'olio, a olio ridotto. Interruttori in aria compressa e SF6' Interruttori magnetici e in vuoto. Condizioni di funzionamento degli interruttori parti-colarmente severe. Cenni sull'interruzione di piccole correnti induttivécon strappa-mento di corrente. Sovratensione. Interruzione di correnti capacitive. Tensione di ritorno. Sovratensione in caso diripetuti reinneschi d'arco. Interruzione in discordanza di fase. Rapporto tra corrente di circolazione e di cortocircuito. TTR ai terminali dell'interruttore della corrente di circolcU:ionee di quello di cortocircuito. TTR e fattore di ampiezza 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 interventoe di non intervento. Poteri di chiusura e di interruzione nominali di
interrut-toriautomatici. Ipotesidi costanza e non dell'ampiezza della componente simmetrica dellacorrente di cortocircuito. Potere di interruzione estremo e di servizio
(Icu
eICS)' Selettività. Categorie diutilizzazione Ae Bdegli interruttori automatici. Corrente di breve durata ammissibile nominale (ICW)'Caratteristichei t-
corrente presunta. Con-tattori:costituzione e caratteristiche. Categorie diutilizzazione. Poteri di chiusura e interruzione. Prestazioni in servizio occasionale. Coordinamento'con i dispositivi di protezionecontro cortocircuito.Apparecchi !imitatori di corrente
Fusibili e interruttori Iimitatori. Strutturafunzionale. Caratteristichetempo - corrente.
Correnti e tempi convenzionali. Caratteristiche
it
e di limitazione. Energia d'arco.Fusibili tipogG, gM, e aM e relativi funzionamenti. Protezione deicircuiti di alimen-tazionedi motorimediante fusibili e loro scelta. Sovratensione difunzionamento dei dispositivilimitatori di corrente.
Cavi elettrici
Indicazionie requisiti normativi pericaviisolati in PVC, G2,EPR, XLPE. Durata di vita dei cavi. Protezione dei cavi contro sovraccarico:ipotesi teorica e soluzione nor-' mativa. Protezione contro cortocircuitomedianteinterruttori automatici e fusibili.
ESERCITAZIONI
Esercitazionidi calcolo relative agli argomenti trattati nelle lezioni.
LABORATORIO
Esercitazioni pratiche svolte nei laboratoridi cortocircuito dell'IEN "Galileo Ferraris".
BIBLIOGRAFIA
Testo di riferimento: Appunti dalle lezioni.
Testi ausiliari, per approfondimenti: Normativa nazionaleed internazionale.