IMPIANTI ELETTRICI: Linee di trasmissione

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Categoria:Elettronica

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Testo

IMPIANTI ELETTRICI
RELAZIONE
Oggetto: Linee di trasmissione
Molto spesso l’energia elettrica che usano le utenze viene da molto lontano, infatti, su tutto il territorio c’è un certo numero di centrali di produzione, naturalmente disposte nei punti più baricentrici possibili rispetto alle utenze (tenendo conto dei problemi relativi al trasporto e alla fornitura delle materie prime nel caso di centrali termoelettriche o alla morfologia del territorio nel caso delle centrali idroelettriche) da cui parte e si dirama tutta una rete di trasmissione.
Proprio per questo è stato sviluppato tutto un sistema di distribuzione dell’energia che nel percorso dalla produzione all’utilizzazione subisce alcune variazioni di una sua conponente essenziale: la tensione. Queste variazioni sono state scelte in modo tale fossero risolti esaurientemente i problemi legati al trasporto stesso derivanti dalla prevedibile cdt della linea per la grande lunghezza della stessa; problemi connessi sono di generale dimensionamento.
Si è scelto, infatti, di aumentare la tensione alla linea appena all’esterno della centrale di produzione da circa 10 KV (tensione prodotta dagli alternatori) fino ad un massimo di 380 KV ed un minimo di 66KV. Questa linea detta di Alta Tensione (AT) provvede alla distribuzione fino in prossimità delle città o delle zone industriali. A questo punto le centrali di trasformazione provvederanno all’abbassamento della tensione da 30 a 3 KV valori delle cosiddetta Media Tensione (MT). La linea MT alimenterà altre cabine di trasformazione pubbliche e private che abbasseranno ulteriormente la tensione ai valori di nornale utilizzo 380/220 V valori che alimentaranno tutta la rete di Bassa Tensione (BT) alla quale saranno collegate le utenze. Le trasmissioni potranno essere realizzate mediante linee aeree o in cavo.
Vediamo in questa sede le linee di trasmissione aeree.
Queste sono costituite da conduttori cordati di rame o in lega di alluminio sostenuti da pali o tralicci tramite opportuni isolatori. Per quanto riguarda il dimensionamento dei conduttori, le sezioni devono rispettare precise esigenze sia elettriche che meccaniche in fatto di produzione di cdt nei limiti previsti dalla legge, di elevato rendimento e di sufficiente resistenza meccanica atta a sopportare il peso e l’azione degli elementi atmosferici. Naturalmente come per tutte le linee si hanno determinate grandezze elettriche: Resistenza, Induttanza, Capacità. La resistenza della linea è sempre data dalla relazione: R=l*(l/S) , ma bisogna tenere presente alcune particolarità. Per quanto riguarda la resistività, questa deve essere tale da sopperire all’aumento di temperatura del conduttore oltre dal normale passaggio di corrente, anche dal riscaldamente solare essendo conduttori nudi. Per questo essa si considera 0.021 s*mm2/m ad una temperatura di 50°C.
Anche la lunghezza dovrà tenere conto della distanza geografica e quindi delle eventuali deviazioni dovute ad ostacoli di vario genere; naturalmente è impensabile poterla misurare, quindi ovvia soluzione al problema, anche se approssimata, sarà l’opportuno aumento della resistività.
L’induttanza della linea, essendo trifase, deve comprendere l’auto e mutua induzione per ogni singola fase con la relazione
dove d è il diametro del conduttore
D è la distanza fra i conduttori
Nel caso questi siano complanari bisogna effettuare la codiddetta trasposizione in modo che ogni conduttore occupi le tre posizioni lungo la linea.
La soluzione più efficace usata per diminuire la distanza frai conduttori è di dividere in due o tre parti il conduttore di fase, in questo modo la distanza risulterà il diametro del cerchio circoscritto quindi la reattanza induttiva sarà 0.35 i/Km per le linee di alta-media tensione.
La capacità presente in una linea è data dall’effetto condensatore tra fase e fase e tra fase e terra. Il suo valore risulta completamente trascurabile salvo che per le linee AT molto lunghe.
Sempre aumentando la resistività del conduttore, in fase di dimensionamento, si può tenere conto della conduttanza di dispersione che scarica verso terra attraverso gli isolatori una certa quantità di corrente con una corrispondente perdita di energia.
Altra causa di perdita di energia è il cosiddetto effetto corona. Il campo elettrico che ogni conduttore genera intorno a se, infatti, tende ad essere contrastato dalla rigidità dielettrica dell’aria; quando con l’umidità o l’aumento della pressione atmosferica questa diminuisce si verificano scariche attorno ai conduttori, che sembrano proprio delle corone (da cui il nome), con manifestazioni luminose e sonore.
Alla luce di queste considerazioni una linea aerea potrà essere rappresentata con una serie di elementi di lunghezza unitaria con le grandezze elettriche concentrate in una serie di resistenza ed induttanza con una capacità in derivazione percorsi da correnti diverse e sottoposti a tensioni diverse a causa della cadute di tensione. Queste ultime considerando trascurabile la reattanza capacitava della linea stessa si calcolano molto semplicemente con la relazione della cdt industriale nota come ; naturalmente questa varia al variare del fattore di potenza del carico fino al caso limite di avere una sovratensione nel caso di un carico puramente capacitivo.
L’aumento della tensione della linea di trasmissione per ridurre le correnti e quindi le perdite per effetto Joule comportano però grandi spese in fatto di isolamento per tralicci, isolatori, apparecchiature.
Si deve quindi aumentare la tensione fino ad un valore economicamente più conveniente che è dato dall’uguaglianza del costo delle perdite Joule e il costo di ammortamento annuo. Si intuisce subito, però, che disporre di questi valori è impossibile, quindi si ricorre ad una relazione empirica che approssima efficacemente il valore della tensione tenendo conto della lunghezza della linea e della potenza da trasmettere:
Si è già detto che per le linee di alta tensione un problema di dimensionamento è il rendimento elevato, questo deve essere tale perché la linea deve trsportare enormi quantità di energia. Per questo le perdite Joule dovranno per legge mantenersi tra il 2-6 % della potenza utilizzata in modo continuativo e tra il 6-12 % per utilizzazioni limitate. Più alte saranno le tensioni e più piccoli saranno i valori percentuali delle perdite.
Si avrà quindi che
da cui la sezione sarà:
Le linee aeree, suddivise in più classi per vari campi di tensioni a cui sono sottoposte, hanno diverse strutture costruttive per cui variano anche i materiali di cui sono costituite. I conduttori possono essere fili unici di rame incrudito, per classi basse 0 e I , o fili costituiti da corde di acciaio coperte da più strati di fili di alluminio, per le classi II e III di alta tensione. Questo per ovvi motivi di resistenza meccanica rapportati naturalmente al prezzo. Anche gli isolatori atti ad isolare e sostenere la linea, devono rispondere a determinate caratteristiche sempre a seconda della classe della linea stessa come tensione di esercizio, tensione di tenuta a frequenza industriale, tensione di tenuta ad impulso, carico di rottura minimo. Sono oggi sostanzialmente di vetro, ma anche di porcellana, a forma di campana anche se dipende dalla tensione di esercizio. Sono montati su pali o tralicci e possono essere singoli o collegati fra loro sempre a seconda della tensione di esercizio con la relazione:
I sostegni per le linee siano essi pali o tralicci sono dimensionati in modo da soddisfare, oltre che i problemi meccanici propri per il sostegno dei conduttori, anche le distanze di sicurezza previste dalle norme come la distanza fra i conduttori e la distanza fra i conduttori e il terreno.
Anche le distanze sono determinate in funzione della tensione di esercizio, ad esempio la larghezza delle campate va dai 50-65 m per la BT fino ai 300-400 m per la AT.
Inoltre le distanze fra i conduttori sono determinate da specifiche relazioni in funzione della classe e della zona che la linea attraversa. La distanza fra i conduttori e il terreno è presa in corrispondenza della freccia massima da un minimo di 5 m, per le linee di classe 0 e I , di 6 m per classi II e III e aumentato ulteriormente in corrispondenza di attraversamenti di strade, ferrovie, fiumi. Da specifiche relazioni si hanno anche le distanze fra i conduttori e fra i conduttori e il sostegno.
Per tutta la fase progettuale e di dimensionamento si hanno a disposizione, in manuali e testi specifici, grandi quantità di tabelle che aiutano e affiancano il progettista in tutto il suo lavoro.
Dopo un attento dimensionamento della linea in tutte le sue parti, il progetto non può mai andare in esecutivo se non si allegano i risultati delle verifiche meccaniche. La linea, infatti, deve rispondere ad essenziali caratteristiche meccaniche atte a sopportare tutti gli sforzi che subisce l’intera linea in termini soprattutto di azioni atmosferiche con grandi coefficienti di sicurezza. Il primo a dover sopportare sforzi di trazione è il conduttore su cui si esercitano il tiro sul vertice della campata, il tiro sui sostegni e la forza peso. Perché ci sia equilibrio nella linea i momenti delle forze applicate devono risultare nulli da ciò si ricava che:
Da questa relazione si può capire che la lunghezza della campata, il carico unitario e il tiro applicato sono direttamente proporzionali, e la freccia ed il tiro sono inversamente proporzionali. E’ evidente che per limitare il tiro ci sarebbero spese enormi di installazione, per questo le Norme decidono le condizioni di verifica indicando i limiti delle sollecitazioni alle diverse condizioni di carico. Tutto ciò è essenziale per la scelta dei pali e per la verifica della loro stabilità dove il momento stabilizzante del terreno deve sempre superare quello ribaltante dovuto a tutte le sollecitazioni della linea.
Anche per quanto riguarda la verifica meccanica le tabelle sono fedeli compagne del progettista che come tutti le leggerà in modo critico ed attento tenendo conto che i migliori risultati in campo progettuale sono anche dati dall’uso di tanto buon senso personale.

Lecce , lì 28 novembre ’00
Cagnazzo Ilario
Classe 5 CE

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