Elettrotecnica e automazione

U.A. 1 storia dell’ elettricità

I FENOMENI ELETTRICI

Le prime informazioni sull'energia elettrica, ci giungono dalla

antica Grecia, da parte di Talete di Mileto il quale scoprì che

èlektron

l'ambra, che in greco si chiama , se strofinata con un

panno di lana acquista la caratteristica e capacità di attrarre

corpi leggeri quali ad esempio piccoli pezzi di paglia.

Dopo questi inizi si parlava di “cariche elettriche” e di forze

elettromagnetiche.

Nella seconda metà dell’VIII secolo d.C. si verificò

sperimentalmente che due corpi dello stesso materiale carichi

elettricamente si respingono e che, materiali differenti tipo, ad

esempio vetro ed ambra, anch'essi elettricamente carichi si

attraggono. .

La deduzione logica fu che esistevano quindi due differenti tipi

di elettrizzazione.

Verso la metà del 1600 i primi e vari esperimenti venivano

eseguiti in Europa e negli Stati Uniti. Si cercava di capire di che

5 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

tipo di energia trattasse e quali caratteristiche

potesse avere. I primi esperimenti e macchinari

elettrostatici furono realizzati da parte del tedesco

Otto von Guerisce che lo portarono alla costruzione

Sfera elettrostatica

della " " a strofinio.

.

Verso la fine del 1600 l'olandese Peter van Musschenbroek

,con i suoi studi riuscì a ideare e costruire cosiddetta la "

bottiglia di Leida " il primo apparecchio in grado di accumulare

energia elettrica, così da permettere l'esecuzione di vari

.

esperimenti e ricerche scientifiche

La vera distinzione ed attribuzione di

un segno a differenti tipi di cariche va

ricondotta allo scienziato statunitense

Benjamin Franklin che, chiamò

"positive" le cariche che si

manifestano nel vetro strofinato con

un panno di lana o seta e "negative"

quelle che si manifestano nell'ambra strofinata. Franklin è

ricordato ancora oggi per l'invenzione del parafulmine e per i

suoi studi sulle scariche atmosferiche.

6 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE. Joseph Priestley

Intorno al 1766 il chimico britannico

dimostrò che la carica elettrica si distribuisce uniformemente

sulla superficie di una sfera metallica cava e che, in condizioni

di equilibrio, il campo elettrico all'interno di un conduttore è

sempre nullo. Alessandro Volta

Nel 1745 iniziò la sua attività di

ricercatore e sperimentatore seguendo le ricerche di un altro

Luigi Galvani.

italiano che con i suoi primi esperimenti di

elettrologia sulle rane, ha scoperto una certa elettricità

animale, comprendendo, in seguito che si trattava di un errore.

Tra il 1785 e il 1787 il fisico

francese Charles - Augustine

de Coulomb eseguì alcuni

importanti esperimenti di

elettrostatica, inventando e

Bilancia

costruendo poi la "

di Torsione ", che gli consentì di effettuare

alcuni esperimenti che lo portarono all'enunciato della legge di

Coulomb.

7 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

Nell'anno 1799 Volta costruì un dispositivo

a cui diede nome di " Pila di Volta. La pila

di Volta era costituita da una serie di

dischi di zinco e di rame impilati uno

sull’altro, interposti ad essi vi erano dischi

di feltro imbevuti di sostanza acida; era

nato così il primo generatore statico di

energia elettrica.

Circa 30 anni dopo l'inglese Michael Faraday proseguendo gli

studi e le ricerche iniziate dal danese Hans Cristians Oersted e

dal francese André Marie Ampere scopri che la corrente

elettrica poteva essere generata da variazioni di un campo

magnetico.

Importanti studi furono fatti da Georg Simon Ohm che studiò la

relazione tra resistenza (R), tensione (V), corrente (I).

Nel 1797 Joseph Henry fisico statunitense famoso per la

scoperta dell'autoinduzione, perfezionò gli elettromagneti e

costruì i primi relè.

Il secolo XIX è stato il più denso di scoperte ed invenzioni nel

campo dell'elettricità e del magnetismo.

8 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

nel 1803, Henrich Daniel

Ruhmkorff elettromeccanico

tedesco, costruì il rocchetto

ad induzione che da lui prese

il nome di " Rocchetto di

Ruhmkorff". Si tratta di un

trasformatore, che permette di ottenere elevate differenze di

potenziale.

Con il perfezionamento degli studi e delle ricerche

sull'elettromagnetismo si spalancarono nuove porte per la

produzione e l'utilizzo dell’energia elettrico come energia

motrice tramite dinamo e alternatori.

La prima invenzione del campo magnetico rotante fu

dell'italiano Antonio Pacinotti, che riuscì a costruire la prima

macchina in grado di trasformare l'energia meccanica in

energia elettrica continua.

Il vero problema della metà del 1800 era la messa a punto di

un sistema per il trasporto dell'energia elettrica.

9 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

Cosi nel 1850 il francese Lucien Gaulard, che grazie

all'invenzione del trasformatore, risolse il problema del

trasporto a grandi distanze dell'energia elettrica alternata,

permettendo di elevare il valore della tensione elettrica.

Un’altra grande sfida di quei tempi era utilizzare l'energia

elettrica come fonte innovativo di illuminazione. Qui alcuni

grandi personaggi si contesero l'invenzione della lampadina.

I primi esperimenti furono eseguiti dal Sir

Joseph Wilson Swan in Inghilterra nel 1845.

(ANNO 1878 accensione della prima

lampadina di Swan).

Nel 1847 Thomas Alva Edison e Alessandro Cruto,

contribuirono entrambi all'invenzione ed al perfezionamento

della lampada ad incandescenza, un invenzione che esiste

quasi immutata da oltre 120 anni.

10 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

John Ambrose Fleming nel 1904 inventò il diodo, la prima

valvola termoionica a due elettrodi,

con l'invenzione del diodo

s’iniziano a vedere le prime

scoperte nel campo

dell’elettrotecnica.

Importanti ricerche e studi furono eseguiti da un altro

scienziato e ricercatore tedesco Heinrich Rudolph Hertz che fu

lo scopritore delle onde elettromagnetiche, le quali furono poi

impiegate da Marconi per il funzionamento della radio.

Nikola Tesla effettuò importanti i studi, sulle correnti alternate

ad altissima frequenza, le " Correnti di Tesla ".

Egli realizzò il primo motore elettrico a induzione a corrente

alternata, ciò contribuì ad un utilizzo dell'energia elettrica,

come fonte di trazione, sempre più importante nell'industria.

Fino al XIX secolo si pensava che l'elettricità fosse un fluido

che poteva essere positivo o negativo: in seguito, grazie alle

fondamentali scoperte di Hertz, Helmholtz, Maxwell, Heaviside,

Alessandro Volta e molti altri scienziati, si giunse ad una

comprensione più completa del fenomeno, riassunta nelle

11 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

equazioni di Maxwell che prevedono in modo completo ed

accurato il comportamento delle cariche elettriche (elettroni e

protoni che differiscono per il segno della loro carica elettrica) e

del campo elettromagnetico che esse generano.

In breve iniziò a comparire una serie di applicazioni

commerciali dell'elettricità: i motori elettrici, il telegrafo, il

telefono, la radio, la lampadina elettrica eccetera.

Si creò così all'inizio del XX secolo una nuova scienza

applicata che si occupava di progettare e realizzare questo tipo

di apparati, l'elettrotecnica.

Attualmente l'elettrotecnica si occupa soprattutto della

trasmissione e dell'utilizzo dell’energia elettrica, si occupa, di

progettare macchine elettriche (motori, generatori,

trasformatori e lampade) e linee di trasmissione dell'energia

elettrica.

l'elettronica (che tradizionalmente si occupa di segnali a bassa

potenza) si sta occupando anche di alcuni ambiti che prima

erano di competenze esclusivi dell'elettrotecnica, per esempio

il controllo dei motori elettrici per mezzo di dispositivi a

semiconduttore.

12 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

L’ ENERGIA ELETTRICA

COME VIENE PRODOTTA E COME

ARRIVA FINO A NOI.

Produzione, trasmissione e distribuzione

di energia elettrica

Un settore molto importante dell’elettrotecnica riguarda la

produzione e la trasmissione dell'energia fino al luogo di

utilizzo.

Nel titolo di questo paragrafo sono elencate le tre fasi

attraverso cui passa l’energia prima di raggiungere gli impianti

utilizzatori.

L'energia viene prodotta mediante dei generatori situati nelle

centrali elettriche, che spesso per varie ragioni, si trovano

distanti dai luoghi di consumo.

Le linee di trasmissione permettono di trasferire l'energia dai

luoghi di produzione a quelli di utilizzo, e si differenziano in

base al livello della tensione che trasportano fanno parte, ecco

quindi che si hanno linee di alta, media e bassa tensione.

13 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

Le lunghe tratte tra le centrali sono coperte di grandi

conduttori, linee ad alta tensione in grado di trasferire potenze

di milioni di watt con tensioni fino a oltre 400000 V.

I conduttori che si notano sulla cima dei

tralicci e che sono collegati alle catene di

isolatori non trasportano energia ,ma sono

“funi di guardia”, le quali hanno la funzione

di proteggere i veri conduttori .

Le linee ad alta tensione sono quelle chiamate di trasmissione

dell'energia elettrica, i quali permettono di trasferire l'energia

dalle centrali di produzione alle stazioni di trasformazione.

In queste viene effettuata la trasformazione della tensione da

alta a media tensione, per mezzo di macchine elettriche

chiamate trasformatori, per trasferire l'energia elettrica sulla

rete a media tensione la quale poi a sua volta, viene fatta

arrivare alle cabine di distribuzione attraverso ,la rete di

distribuzione di energia elettrica, dove viene effettuata una

ulteriore trasformazione da media a bassa tensione per poter

poi essere consegnata all'utenza diffusa.

14 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

La distribuzione tra le cabine di ricezione, poste al punto di

arrivo degli elettrodotti e gli isolati nelle città o le frazioni nelle

zone aperte è effettuata in media tensione, intorno ai 10-15 kV.

La consegna all'utente finale è in genere effettuata a 400 V nel

sistema trifase, oppure con una sola fase da questo derivata

(monofase), a 230 V.

Le linee possono essere interrotte dagli interruttori per

consentire interventi di manutenzione o per emergenze.

Per salvaguardare l'integrità degli impianti e delle macchine, la

rete di distribuzione comprende a più livelli sistemi di

protezione da sovracorrente (sovraccarico) e cortocircuito.

Questi sistemi sono principalmente il fusibile, l'interruttore

magnetotermico.

15 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

Esiste poi un'altra protezione chiamata "salvavita" che ha il

compito di aprire il circuito in caso di guasti verso terra. Tale

dispositivo si chiama interruttore differenziale.

16 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

LE PRIME APPARECCHIATURE

ELETTRICHE

ELETTROTECNICAIMPIANTI CIVILI

Franklin è conosciuto soprattutto per i suoi esperimenti nel

settore elettrico l'elettricità ha inventato diverse

apparecchiature nell’ area dei impianti civili, tra cui:

portafusibili di ceramica:



Il portafusibili in ceramica è sicuramente un dei primi dispositivi

di protezione dai sovraccarichi e cortocircuiti. .

Il dispositivo è molto semplice una

scatoletta di ceramica, quindi

isolante, con un coperchio, allo

stesso vi sono due coppie di

morsetti in ottone a cui veniva

collegato un sottile filo di rame

che era l'elemento fusibile.Nella base poi ci sono due coppie di

linguette dotate anch'esse di morsetti a cui venivano collegati i

17 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

conduttori della linea da un lato ed i conduttori del cavo

dall'altra.Inserendo poi il coperchio si chiudeva il circuito, e

togliendo si poteva sezionare l'impianto.

SPINA & PRESA:



Gli oggetti nella foto sono alcuni esempi di spine e prese in

ceramica, che venivano adottate per gli impianti elettrici nelle

civili abitazioni. Gli impianti venivano effettuati in modalità da

esterno, cioè tramite isolatori in ceramica inchiodati a parete,

venivano aggraffati a parete in conduttori di rame o alluminio,

rivestiti in cotone, come quello che potete vedere nella foto

attaccato alla spina.

Le prese e gli interruttori in ceramica venivano attaccate alla

parete a dischetti di legno che a loro volta erano fissati a

tasselli in legno preventivamente murati.

18 TESINA, ELETTROTECNICA E AUTOMAZIONE.

interruttore unipolare:



L'oggetto rappresentato nella figura è un