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Impianti - Schemi Elettrici

Appunto molto dettagliato di elettronica che descrive gli impianti elettrici e i sistemi fotovoltaici. Utile per le interrogazioni

E io lo dico a Skuola.net
Schema Elettrico

Lo schema elettrico relativo ad un impianto elettrico, deve essere chiaro e leggibile, deve contenere tutte le informazioni utili e necessarie sia per la realizzazione dell'impianto chi per la gestione e manutenzione dell'impianto stesso.
Prima di iniziare lo schema di un impianto elettrico e necessario conoscere alcuni dati in particolare:
tensione di alimentazione (esempio 230v);
il valore della potenza richiesta dall'impianto;
il valore della potenza di ogni singolo utilizzatore o carico;
conoscenza dei locali e del l'uso chi viene fatto dove si realizza l'impianto;
il disegno completo della costruzione dove realizzato l'impianto;
gli schemi elettrici devono essere eseguiti utilizzando i simboli grafici previsti dalle norme CEI (comitato elettrotecnico italiano o internazionale).
Ad ogni schema elettrico deve esser allegato l'elenco completo dei materiale utilizzati, questo consente di poter richiedere alle ditte installatrice il preventivo di costo dell'impianto per quanto ci riguarda, analizzeremo tra i varie tipi di schema seguenti:
schema funzionale;
schema di montaggio;
schema unifilare;

1.1 Schema funzionale
Lo schema funzionale rappresenta in modo semplice il funzionamento delle apparecchiature chi compongono l'impianto. Serve a far capire il funzionamento corretto dell'impianto.
Graficamente e caratterizzato da due linee orizzontale chi rappresentano i conduttori di alimentazione e da una serie di linee verticale dove sono inseriti i componenti dell'impianto

Generalmente le linee verticale non devono incrociarsi tra di loro. Nello schema funzionale non si tiene conto della reale ubicazione dei componenti o delle apparecchiature dell'impianto e importante chiarire chi tutti gli schemi funzionali vengono rappresentati in condizione di riposo (vale a dire con gli interruttori aperti).
Ricordiamo chi la corrente circola solo se trova un percorso chiuso, notiamo che questo può avvenire quando nello schema funzionale le linee sono completamente chiuse.

1.2 Schema di montaggio
Lo schema di montaggio rappresenta le apparecchiature e i componenti dell'impianto nella loro forma completa e tiene conto della posizione.
In questo tipo di impianto oltre alle apparecchiature vengono rappresentate tutte le scatole di derivazione necessarie per la realizzazione dell'impianto, cosi anche per le scatole porta frutti.
I conduttori vengono disegnati parallelamente seguendo sempre delle linee verticali e orizzontale evitando tratti oblique. Nota la posizione dei componenti dell'impianto e sempre possibile ricavare lo schema di montaggio dallo schema funzionale.

1.3 Schema Unifilare
Nei due precedenti tipi di schema funzionali e di montaggio, ogni linea rappresenta un conduttore. Nello schema unifilare tutti i componenti vengono collegati fra loro con una sola linea (grafica) sulla quale attraverso opportuni simboli vengono indica il numero e la tipologia dei conduttori utilizzati.
Per tanto gli schemi funzionali e di montaggio sono anche detti schemi multi filari perché tutti i conduttori vengono rappresentati nello schema.
Questa linea unificare può essere interpretata come il tubo di collegamento tra i componenti, quindi vengono indicati il numero di conduttori utilizzati per ogni collegamento attraverso questi segni grafici:

  • conduttore generico (fase)
    conduttore neutro (neutro)
    conduttore di protezione PE (terra)

Questo tipo di schema unifilare lo si può ricavare direttamente dallo schema di montaggio.

1.4 Apparecchiature usate negli impianti elettrici civili
Negli impianti elettrici civili, e possibile trovare una vasta gamma di apparecchiature che svolgono svariate funzione.
Ad esempio:
comando
segnalazione
protezione
derivazione

Fra le apparecchiature di comando troviamo: interruttori (non automatici), deviatori, invertitori, commutatore e pulsanti.
Queste apparecchiature hanno normalmente una tensione nominale di 250 volt (v) e 50 Hertz (Hz), con corrente nominale di 10 o 16 Ampere (A).
Si ricorda che le grandezze nominali corrispondono al massimo valore che può essere applicato all'apparecchiatura durante il suo normale funzionamento.
Questi valori devono essere riportati sull'apparecchiatura stessa tensione e corrente.
Le apparecchiature di comando vengono utilizzate per aprire o chiudere e circuiti elettrici, oppure per modificare il percorso della corrente che alimenta i carichi.
Queste apparecchiature vengono costruite in modo da soddisfare le norme CEI.
Gli apparecchi di segnalazione, servono invece a comunicare tramite un segnale acustico o luminoso una richiesta da parte di qualcuno tra gli apparecchi di segnalazione acustica troviamo le suonerie e i ronzatori, mentre gli apparecchi si segnalazione luminosa ci sono le lampade di segnalazione (spie).
Gli apparecchi di derivazione e il collegamento elettrico tra gli utilizzatori e la rete, mediante la semplice inserzione della spina nella presa.
Tra le apparecchiature di protezione troviamo gli interruttori magnetotermici o interruttori automatici che proteggono l'impianto elettrico da sovraccarichi e da cortocircuiti.
Un'altra apparecchiatura di protezione e l'interruttore differenziale o salva vita.
Il quale protegge le persone da eventuali contatti diretti o indiretti con l'impianto elettrico.

Il deviatore
Il deviatore e una apparecchiatura in grado di commutare (deviare) fra loro, sotto carico, i due conduttori in modo da indirizzare la corrente su uno sei sue morsetti di uscita in modo alternativo.
In pratica la corrente entra nel morsetto centrale o comune che indichiamo con la lettera C, può uscire in un caso sul morsetto uno, mentre premendo il tasto del deviatore la corrente uscirà dal morsetto due.
In pratica il deviatore se inserito in un impianto abbinato ad un'altro deviatore, consente di accendere e spegnere un punto luce da due punti diversi( ad esempio, cameretta, corridoio, scale ecc.).

1.9 Protezione degli impianti elettrici
I dispositivi di protezione degli impianti elettrici hanno un ruolo fondamentale ai fini della sicurezza in particolare devono garantire la sicurezza delle persone e mantenere in buono stato le parte dell'impianto i dispositivi di protezione, devono quindi garantire la protezione delle persone da eventuali contatti, (diretti, accidentali o indiretti), con parti dell'impianto e proteggere gli impianti da correnti di sovraccarico e di cortocircuito. Analizzando separatamente questi due aspetti relativi alla sicurezza partendo dalla sicurezza delle persone.

2 Contatti accidentali
Il pericolo di folgorazione (scarsa) e strettamente legato al contatto con parti normalmente, accidentalmente in tensione, in particolare la norma 64/8 (3' edizione) distingue due tipi di contatto:
Contatto diretto
Contatto indiretto
Per il contatto diretto si intende il contatto di una persona con le parti attive dell'impianto cioè, che solitamente sono in tensione ad esempio:
contatto con un morsetto, con un conduttore non isolato o l'attacco di una lampada o con una presa divenute casualmente accessibile, ecc...
Per il contatto indiretto si intende il contatto di una persona con una massa metallica normalmente isolata dal circuito elettrico, che è andata in tensione per il cedimento (rottura) dell'isolamento principale. Per esempio la carcassa di un motore elettrico la struttura della lavatrice e di altri apparecchiature industriale.
I dispositivi di protezione che possono essere adottati contro i contatti accidentali sono di due tipi:
Protezione di tipo attivo
Protezione di tipo passivo
Le protezione di tipo attivo sono protezione che prevedono l'interruzione automatica del circuito elettrico togliendo tensione all'impianto.
Queste protezione intervengono in caso di contatti accidentali (diretti o indiretti).
Tra le protezione attive troviamo l'interruttore differenziale, gli interruttori automatici (magnetotermici), e fusibili.

Le protezione di tipo passivo non aprono il circuito ma sono protezione che possiamo definire di tipo preventivo cioè adottare per evitare che avvenga il contatto accidentali con parti in tensione o comunque devono ridurre i rischi connessi al contatto accidentali, tra le protezione passive troviamo:
le maniere protettive, le distanze si sicurezza, gli involucri trasformatori e i circuiti a bassissima tensione.
È inoltre obbligatorio il collegamento delle masse metalliche all'impianto di massa terra.

2.1 Tipi di isolamento
Ogni apparecchio elettrico e dotato di un isolamento tra le parte attive (esempio filo di fase e isolato rispetto al neutro e ad altri conduttori) e tra le parti della carcassa.
Questo tipo di isolamento prende il nome di isolamento funzionale, isolante e indispensabile perché senza di esso sarebbe impedito il funzionamento dell'apparecchi ture di definisce isolamento principale, l'isolamento delle parti attive necessario per assicurare la protezione contro le folgorazione.
Questo secondo isolamento prende il nome di isolamento supplementare.
L'insieme dell'isolamento principale e dell'isolante supplementare e denominato doppio isolamento.
In pratica l'isolamento di una apparecchiatura e costituita da parti utili solo ai fini protettive e parti comuni ad entrambi scopi.

2.2 Classificazione degli apparecchi elettrici in funzione della protezione dai contatti indiretti
Componenti di classe 0
Sono apparecchiature e non hanno alcun dispositivo per il collegamento delle masse ed un conduttore di protezione(terra).
Componenti di classe I
Sono apparecchiature dotate del solo isolamento principale e hanno un dispositivo per il collegamento delle masse ad un conduttori di protezione (terra) che viene indicato con il simbolo
questo morsetto a terra.
Componenti di classe II
Sono apparecchiature dotate di doppio isolamento o rinforzato non hanno alcun dispositivo per il collegamento a terra, non devono essere collegati a terra la protezione delle persone e affidato al doppio isolamento.
Queste apparecchiature si riconoscono dal simbolo .
Inoltre si può notare su queste apparecchiature il simbolo del divieto del collegamento a terra.
Componenti di classe III
Sono apparecchiature con alimentazione in bassissima tensione, per cui la protezione e garantita dai bassi valori di tensione in gioco in queste apparecchiature riportano un simbolo .

2.3 Sovracorrente
Ogni circuito elettrico o apparecchiatura e realizzata per funzionare ad un determinato valore di tensione (tensione nominale ON) e ad un determinato valore di corrente (corrente nominale IN ) queste due grandezze elettriche sono sempre indicate dal costruttore e costituiscono nel caso delle apparecchiature esempio:
Motori e dati di targa
Quando un impianto o una apparecchiatura si trovano a funzionare con corrente nominale (esempio IN=10A e misuro I=15A), si parla di sovracorrenti, in generale si può dire che un ' impianto o apparecchiatura e in sovracorrente, tutte le volte che la corrente chi circola e superiore alla corrente nominale. Le cause che portano ad avere sovracorrente sono molteplice, ma in generale si possono ridurre a due tipi:
1. Sovracorrenti dovuti a sovraccarichi
2. Sovracorrenti dovuti a guasti o corto circuiti.
Questa distinzione è molto importante perché come vedremo, il sovraccarico entro certi limiti può essere supportato dall'impianto per brevi tempi, in caso di cortocircuito deve intervenire immediatamente la protezione.

2.4 Sovraccarico
Il sovraccarico e un fenomeno che avviene in un circuito elettricamente sano, cioè privo di guasti. Generalmente il sovraccarico fa circolare una corrente non molto maggiore di quella nominale questa corrente può essere supportata per un determinato tempo . Un classico esempio di sovraccarico, che rientra in un normale funzionamento e quello che si verifica all'avviamento di un motore asincrono trifase. Infatti per passare da fermo alla condizione di movimento richiede una corrente per pochi secondi chi è dalle 6 alle 8 volte superiore a quella nominale. Questa corrente e detta corrente di spunto del motore, ed è normale che ciò avvenga, per tanto la protezione in questo caso non deve intervenire.
Il sovraccarico crea problemi di riscaldamento dell'impianto o dell'apparecchiatura quindi non può essere tollerato allungo dall'impianto. Se non vieni eliminato può degenerare un cortocircuito, l'aumento della temperatura dei conduttori per motivi di sovraccarico, influenza moltissimo l'invecchiamento dei materiali in particolare reduce la durata dei materiali isolanti.
Un esempio di un banale sovraccarico si può verificare nelle abitazioni e il seguente:
Quando l'ente fornitore di energia, mi fornisce una potenza di 3kv e per errore alimento più utilizzatori ( frigorifero,ferro da stiro, scalda bagno ecc...) che assorbono una potenza maggiore, in tal caso il magnetotermico del l'ente distributore di energia interviene togliendo l'alimentazione.

2.5 Cortocircuito
Un caso semplice di cortocircuito negli impianti civili, si ha quando entrano in contatto tra loro i conduttori di fase e neutro o fase e terra, in pratica si definisce cortocircuito il contatto tra due
conduttori (punti), a potenziale (tensione) diverso, contatto a in pendenza o resistenza uguale a zero. Il cortocircuito da origine a corrente elevatissime che provocano un brusco innalzamento della temperatura e da origine a forze di attrazione, repulsione fra le parti dell impianto elettrodinamici.
Il cortocircuito può avvenire o per cattura dell'isolante o perché si riduce la distanza tra le parte non isolate con tensioni diverse.
Inoltre il cortocircuito attraverso scariche elettriche (arco elettrico) può innescare incidi, le protezione devono intervenire istantaneo.

Sistemi fotovoltaici
3.1 Che cos'è
Un pannello piano o un film sottile di forma qualsiasi, in grado di cogliere i raggi del Sole e convertirli in energia elettrica.
Si definisce impianto o sistema fotovoltaico un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che concorrono a cogliere e trasformare l'energia solare disponibile, rendendola utilizzabile sotto forma di energia elettrica.

3.2 A cosa serve
A produrre energia elettrica per alimentare sia le utenze connesse alla rete elettrica sia le utenze isolate.
Un impianto fotovoltaico ha lo scopo di generare energia elettrica; l'energia prodotta può essere utilizzata per due scopi principali:
1. Alimentare utenze connesse alla rete (impianti grid connected)
Le applicazioni degli impianti connessi alla rete sono:
a) Generare energia elettrica destinata all'autoconsumo - L'energia elettrica prodotta viene auto-consumata con l'effetto di ridurre i costi della bolletta energetica. In questo caso non è previsto un sistema di accumulo di energia, la rete elettrica funziona come riserva di energia da utilizzare quando l'impianto non ne produce abbastanza; un doppio contatore provvede a calcolare la differenza tra energia elettrica immessa ed assorbita dall'utente su base annuale e stabilisce l'eventuale credito energetico per l'anno successivo (scambio sul posto).
b) Generare energia da immettere nella rete elettrica - L'energia prodotta viene venduta e immessa nella rete elettrica nazionale, quindi il compito di questo tipo di impianti è quello di produrre la quantità massima di energia in modo da massimizzare i ricavi.

2. Alimentare utenze isolate (impianti stand alone)
Le principali applicazioni di impianti stand alone riguardano:
a) Sistemi per l'alimentazione di apparecchiature per telecomunicazioni come gli impianti di segnalazione marittima, ponti radio, ecc;
b) Impianti di pompaggio per l'acqua per usi domestici o agricoli;
c) Impianti per l'alimentazione di abitazioni isolate sia in corrente continua che alternata (es. rifugi montani);
d) Impianti per alimentare gruppi di utenze isolate.
3.3 COME FUNZIONA
Sfrutta le proprietà di alcuni materiali semiconduttori (fra cui il silicio) che opportunamente trattati e collegati producono elettricità se colpiti dalla radiazione solare, senza parti in movimento e senza l'uso di alcun combustibile. I pannelli vengono installati sul tetto o integrati nelle costruzioni e devono essere rivolti a sud per cogliere meglio la radiazione solare. Il dispositivo più elementare capace di operare una conversione dell'energia solare è la cella fotovoltaica, che ha le dimensioni di un quadrato di circa 12 cm di lato ed è in grado di generare circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando si trova ad una temperatura di 25 °C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione solare pari a 1.000 W/m2. La potenza in uscita da un dispositivo fotovoltaico che lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) o potenza nominale ed è un valore che viene usato come riferimento per confrontare tra loro impianti diversi.
Schema di un impianto fotovoltaico collegato alla rete elettrica tramite un inverter.
Nei sistemi fotovoltaici isolati l'immagazzinamento dell'energia avviene, in genere, mediante accumulatori elettrochimici (tipo le batterie delle automobili). Tali accumulatori permettono di far fronte a punte di carico senza dover sovradimensionare i generatori e garantiscono la continuità dell'erogazione dell'energia anche in caso di basso o nullo irraggiamento (come di notte) o di guasto temporaneo dei generatori.

3.4 Prerequisiti
Serve un tetto, o comunque uno spazio con esposizione a Sud (la posizione del sole a mezzogiorno). Verificare inoltre che durante tutto l'anno non ci sia copertura del pannello (generatore fotovoltaico), nemmeno parziale, da parte di: camino, parabola, alberi, edifici, montagne, ecc..
Prima di installare un impianto occorre verificare che non ci siano vincoli sul luogo di installazione (ad esempio: edifici storici, ecc.) imposti dal regolamento edilizio del proprio comune.
In genere un generatore fotovoltaico viene integrato nell'edificio o in strutture già esistenti, ma se non ci sono esigenze di tipo architettonico l'inclinazione dei moduli viene scelta pari alla latitudine del luogo in cui avviene l'installazione diminuita di circa 10 gradi, in modo da massimizzare la radiazione solare incidente e quindi l'energia prodotta.
La producibilità di un sistema fotovoltaico, oltre che dalle dimensioni e caratteristiche dell'impianto, dipende dall'irraggiamento solare sul sito specifico e dalla presenza di ostacoli sul percorso solare che possono determinare l'ombreggiamento del generatore o di una sua parte.
Per valutare l'effettiva potenzialità di un impianto è indispensabile conoscere le ore equivalenti cioè le ore annue di funzionamento nelle condizioni standard (circa 1200h a Milano, 1500h a Roma, 1800h a Palermo).
Le condizioni di irraggiamento italiane sono molto favorevoli, anche se molto variabili lungo la penisola. Per determinarle si possono usare le norme UNI 10349 sui dati climatici, le UNI 8477 sulla valutazione dell'energia raggiante ricevuta, software dedicati e le mappe isoradiative come l'Atlante Europeo della radiazione solare. Sul luogo di installazione dell'impianto è anche opportuno effettuare una valutazione dell'ombreggiamento mediante misure dirette con appositi strumenti.

3.5 Costi
Impianti connessi alla rete:
a) Impianti senza pretese architettoniche: 4000-6000 € per KW di potenza installata (sistema completo, IVA inclusa, inclusa l'installazione e la minuteria elettrica);
b) Impianti fatti fare su misura per esigenze architettoniche costano circa il 50% in più.
Impianti isolati.
Almeno 9000 € per KW di picco installato; il costo dipende dalla riserva di energia che si vuole accumulare per operare nelle ore notturne o in mancanza di sole.

3.6 Incentivi economici
Il conto energia 2011 regola l’entità degli incentivi fino al 2016, prevedendo una riduzione programmata delle tariffe nei cinque anni.
Le agevolazioni e il loro regime temporale variano per le diverse tipologie d’impianto e in relazione alla potenza degli stessi.
In ogni caso la tariffa incentivante ha cui si ha diritto è quella valida al momento dell’entrata in esercizio dell’impianto fotovoltaico ed è riconosciuta per un periodo di 20 anni.
A partire dal 2012, per ogni tipologia di impianto, la riduzione dell’incentivo fotovoltaico scatterà ogni sei mesi e dal 2013 cambierà lo stesso sistema tariffario.
Il conto energia 2011 prevede inoltre dei limiti alla disponibilità economica degli incentivi. Ossia per ogni periodo tariffario sarà disponibile solo una certa somma di incentivi economici.
Nel 2011 sono soggetti a questi limiti solo i grandi impianti.
Per gli impianti domestici di piccola taglia o per applicazioni particolari del fotovoltaico e per gli impianti a concentrazione i limiti entreranno in vigore dal 2013.
Da quella data, per ogni tipo di impianto fotovoltaico, il superamento dei limiti economici previsti non impedirà di accedere agli incentivi ma determinerà una riduzione degli stessi incentivi per il periodo successivo.
Ad esempio se al termine del primo semestre del 2013 gli incentivi da riconoscere saranno superiori a quelli previsti, nel secondo semestre la riduzione programmata della tariffa incentivante sarà aumentata per compensare questo costo maggiore.
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