Progettazione degli impianti elettrici a servizio di uno stabilimento per la raccolta [...]

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Titolo completo: Progettazione degli impianti elettrici a servizio di uno stabilimento per la raccolta ed il trattamento in piattaforma di materie destinate al riciclo (CARTA, AL, CU, ELETTRONICA, LEGNO, VETRO).Breve descrizione: Progettazione elettrica d

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Tesi esame di stato A.S. 2006-2007

ITIS Vittorio Emanuele III

Via Duca della Verdura, 48

90143 – Palermo (PA)

Titolo tesi:

Progettazione degli impianti elettrici a servizio di uno stabilimento per la raccolta ed il trattamento in piattaforma di materie destinate al riciclo (CARTA, AL, CU, ELETTRONICA, LEGNO, VETRO). Redatta da:

Giuseppe Gelsomino

Em@il: giuseppe.gelsomino@libero.it

Palermo, 30 maggio 2007

ITIS Vittorio Emanuele III – Palermo

Giuseppe Gelsomino V E Elettrotecnica ed Automazioni.

Tesi esame di stato anno scolastico 2006-2007.

Oggetto: Impianto elettrico a servizio di uno stabilimento industriale per la lavorazione finalizzata al recupero di parti elettroniche e materie provenienti da riciclo, servito in linea aerea M.T. (20 kV).

Premessa

La scelta di questo progetto nasce dall'esigenza, sempre più imprescindibile dalle attività dell'uomo, di contenere l'aumento dei rifiuti.

Un contributo significativo può venire dal riciclo di quei materiali, a volte ingombranti, che possono essere reinseriti in un processo di produzione di nuovi prodotti, contenenti la stessa materia prima.

Questo è sicuramente valido per la carta, il vetro, il legno, l'alluminio, la plastica, l'acciaio.

Tutte, queste, materie totalmente riciclabili, in alcuni casi anche al 100%.

Il legno può essere riciclato in nuove produzioni, oppure avviato come combustibile nelle caldaie di vario taglio, previo trattamento di frantumazione e riduzione in pellets.

Un prodotto presente spesso nelle discariche è di natura elettronica, ovvero parti di computer, televisori, telefoni, fax etc. Questi, se pur non funzionanti nel loro complesso, possono dare origine a subparti ancora funzionanti. Vedi ad esempio i computer, dai quali si possono recuperare componenti ancora funzionanti quali monitor, schede, tastiere o più semplicemente le carcasse, spesso in metallo, avviabili per il riciclo dei metalli.

La presente tesi pone come oggetto il dimensionamento degli impianti elettrici a servizio di un impianto industriale per la lavorazione finalizzata al recupero e riciclo di parti elettroniche, materie plastiche, alluminio, carta, vetro.

L’impianto sarà ubicato nel comune di xxxx, in provincia di Palermo, ed avrà una superficie di

2 2 2

di cui 2260 m coperti e 4740 m adibiti ad area per lo stazionamento di containers

7000 m

in partenza, destinati alle industrie che si occuperanno della lavorazione finale.

Vista l’impossibilità di un collegamento elettrico del tipo in cavo con la stazione di smistamento più vicina, si è dovuto ovviare con una fornitura del tipo con linea elettrica aerea. Da quanto detto è emerso quindi che sarà necessario il progetto elettrico e meccanico della linea elettrica aerea (leggi L.A.) in M.T. (leggi M.T.) la cui tensione nominale di esercizio (leggi Vn) sarà di 20.000 V. La L.A. avrà lunghezza compresa tra la stazione di smistamento dell’energia e il palo di attestazione per la fornitura dell’utenza, pari a 10 km.

In sintonia con la finalità di questo impianto di recupero/riciclo, si è ritenuto doveroso integrare nel presente progetto uno studio di fattibilità riguardante l’installazione di pannelli solari fotovoltaici (F.V.) che saranno ubicati su una delle due falde di copertura del capannone.

Il potenziale prodotto dal solare sarà disponibile per l’inserzione in parallelo sulla distribuzione interna, previa misurazione dell’energia immessa, attraverso opportuni dispositivi di inserzione e protezione.

E-M@il: giuseppe.gelsomino@libero.it

ITIS Vittorio Emanuele III – Palermo

Giuseppe Gelsomino V E Elettrotecnica ed Automazioni.

Tesi esame di stato anno scolastico 2006-2007.

Inoltre parte integrante del progetto sarà il dimensionamento della cabina elettrica utente a servizio dell’impianto, che si articolerà nei seguenti punti:

Scelta del trasformatore;
Scelta delle apparecchiature di protezione e sezionamento (lato ENTE FORNITORE e UTENTE);
Scelta degli apparecchi di misura fissi (trasformatori amperometrici e voltmetrici);
Impianto elettrico di servizio;
Impianto di terra;
Dimensionamento del gruppo elettrogeno di emergenza.

Il dimensionamento degli impianti elettrici:

Dimensionamento delle condutture e degli apparecchi di protezione e sezionamento (tratte Quadro Elettrico Generale -> Quadri elettrici Terminali);
Dimensionamento delle condutture e degli apparecchi di protezione e sezionamento (tratte Quadri elettrici terminali -> Carichi);
Dimensionamento dell’impianto di rifasamento del tipo automatico localizzato.
Protezione da contatti diretti e indiretti;
Impianto di terra;
Calcoli illuminotecnici delle zone di lavorazione, uffici e piazzali.

La scelta e il dimensionamento dell’impianto fotovoltaico:

Analisi delle superfici utilizzabili;
Dimensionamento e scelta dei pannelli f.v.;
Dimensionamento e scelta degli elementi per la conversione CC/CA;
Dimensionamento delle apparecchiature di protezione e sezionamento.

A completamento della documentazione di progetto saranno prodotti i seguenti allegati:

Schema uni/multifilare cabina di trasformazione;
Schema multifilare di inserzione gruppi di misura (kWh – kVArh) sul lato in M.T.;
Schema unifilare Quadro Elettrico Generale (Q.E.G.);
Schema unifilare Quadro Elettrico Capannone (Q.E.C.);
Schema unifilare Quadro Elettrico Palazzina Uffici (Q.E.U.);
Schema unifilare Quadro Elettrico Ricovero mezzi – Illuminazione esterna (Q.E.R.);
Schema unifilare Quadro Elettrico Gruppo Elettrogeno (Q.E.GE);
Schema unifilare Quadro Elettrico impianto fotovoltaico (Q.E.F);

E-M@il: giuseppe.gelsomino@libero.it

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Giuseppe Gelsomino V E Elettrotecnica ed Automazioni.

Tesi esame di stato anno scolastico 2006-2007.

Il progetto sarà redatto in adeguamento alle Norme CEI così come prescritto dalla Legge 5 marzo 1990 n° 46 ed al suo regolamento di attuazione D.P.R. n° 447 del 6 dicembre 1991.

Ai sensi dell'art. 4 comma c) del D.P.R. 447/91, che impone il progetto per l'installazione, la trasformazione e l'ampliamento di impianti elettrici pertinenti "agli immobili adibiti ad attività produttive, al commercio, al terziario e ad altri usi, quando le utenze sono alimentate a tensione superiore a 1.000 V, inclusa la parte in bassa tensione o quando le utenze sono alimentate in bassa tensione qualora la superficie superi i 200 mq", si rende necessaria la stesura di un elaborato progettuale redatto da un tecnico abilitato, Ingegnere o Perito Industriale, che asseveri le opere da compiere alla normativa vigente.

Il presente progetto è stato redatto con l’ausilio del manuale Cremonese di elettrotecnica, seconda edizione, quarta ristampa. Delle guide blu CEI (tuttonormel), del software BTicino Tisytem 5.1.

Con la consulenza dell' Ing. Prof. Lo Coco Claudio, e con il sostegno dei miei genitori.

E-M@il: giuseppe.gelsomino@libero.it

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Tesi esame di stato anno scolastico 2006-2007.

Analisi dei carichi e delle rispettive caratteristiche elettriche installate

Vista la natura dei processi di lavorazione ospitati nel complesso, sono presenti i seguenti macchinari:

] :

Capannone lavorazioni [mis. (40 x 30 x 6)m ; S=1200m

n° Descrizione Potenza V Ib Cosφ η Ku Kc

Elettrica [V] [A]

[kW]

2 Trituratore Satrind 11 400 20 0.85 1 1 1

F1315

10 Nastro trasportatore 4 400 51 0.83 0.83 0.6 1

1 Impianto vagliatore 130 400 235 0.8 -- 1 1

1 Carro Ponte 4ton 75 400 125 0.85 0.94 0.75 1

1 Compressore aria 100lt 7.5 400 12 0.85 0.87 1 0.8

1 Carica batterie 100 400 160 0.9 -- 1 1

1 Pressa compattatrice 40 400 73 0.8 -- 1 1

3 Circuiti illuminazione 6 230 10 0.9 -- 1 1

20 Prese monofase 3 230 28 0.9 -- 0.5 0.3

20 Prese trifase 8 400 32 0.9 -- 0.75 0.5

1 Unità Trattamento Aria 15 400 27 0.8 -- 1 1

1 Automazione porte 2.5 400 4 1 -- 1 1

tab. 1.0 “caratteristiche dei carichi installati nel reparto capannone lavorazioni”:

Dove:

n° = numero di carichi elettrici;
Descrizione = indica il tipo di carico elettrico;
Potenza elettrica = indica la potenza richiesta dal carico elettrico espressa in kW;
V = indica la tensione di esercizio espressa in Volt;
Ib = indica la corrente impiegata dal carico elettrico;
Cosφ = indica il fattore di potenza del carico elettrico;
η = indica il rendimento del del carico elettrico alimentato a tensione e frequenza di rete;
Ku = indica il coefficiente di utilizzazione del carico elettrico
Kc = indica il coefficiente di contemporaneità del carico elettrico rispetto al resto dell’impianto.

E-M@il: giuseppe.gelsomino@libero.it

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Tesi esame di stato anno scolastico 2006-2007.

Calcolo della potenza nominale della sezione “capannone lavorazione

Il calcolo della potenza nominale sarà funzione del numero dei carichi e delle caratteristiche di costruzione (rendimento “η” – coeff. utilizz. “K_u” – coeff. contemp. “K_c”), di conseguenza il calcolo della potenza effettiva di un motore sarà effettuato con la formula: P_eff = P elettrica / η x Ku x Kc; di un gruppo di prese monofase la potenza effettiva si calcolerà nel seguente modo: P_eff = Vn x Ib x Ku x Kc; mentre per un gruppo di prese trifase la formula sarà la medesima il quale dovrà essere moltiplicata per il fattore √3.

Pn = (2 x Ptrit)+ (10 x Pnastri/η x Ku x Kc) + Pvagliatore + (Pcarroponte/η x Ku x Kc) + (Pcompress./η x Ku x Kc) + (Pcaricabatt. x Ku x Kc) + Ppressa + (3 x Pillum x Ku x Kc) + Prese monof. (20 x Vn x Ib x Cosφ x Ku x Kc) + Prese Trif. (20 √3 x Vn x Ib x Cosφ x Ku x Kc) + Puta + Pautom.porte =

= (2 x 11) + (10 x 4/0.85 x 0.6 x 1) + 130 + (60/0.85 x 0.75 x 1) + (7.5/0.876 x 1 x 1) + 100 + 40 + (3 x 6 x 1 x 1) + (20 x 230 x 0.9 x 0.5 x 0.3) + (20 x √3 x 400 x 32 x 0.75 x 0.5)+ 15 + 2,5 = 440 kW

] :

Palazzina uffici 2 elevazioni [mis. (20 x 15 x 9)m ; S=600m

n° Descrizione Potenza V Ib Cosφ η Ku Kc

Elettrica [V] [A]

[kW]

3 Circuiti illuminazione 4.5 230 10 0.9 -- 1 1

20 Prese monofase 5 230 16 0.9 -- 0.5 0.3

1 Unità trattamento aria 4 400 10 0.8 -- 0.8 1

1 Circuito di sorveglianza 0.5 400 2 1 -- 1 1

tab 1.1 Descrizione tabella:

n° = numero di carichi elettrici;
Descrizione = indica il tipo di carico elettrico;
Potenza elettrica = indica la potenza richiesta dal carico elettrico espressa in kW;
V = indica la tensione di esercizio espressa in Volt;
Ib = indica la corrente impiegata dal carico elettrico;
Cosφ = indica il fattore di potenza del carico elettrico;
η = indica il rendimento del del carico elettrico alimentato a tensione e frequenza di rete;
Ku = indica il coefficiente di utilizzazione del carico elettrico
Kc = indica il coefficiente di contemporaneità del carico elettrico rispetto al resto dell’impianto.

Calcolo della potenza nominale della sezione “palazzina uffici”:

) + Psorveglianza=

Pn = (Pill x 3) + Prese monof. (n x Vn x Ib x Cosφ x Ku x Kc) + (Puta x K_u

= (3 x 4.5) + (20 x 16 x 230 x 0.9 x 0.3 x 0.3) + (5 x 0.8) + 0.5 = 23 kW

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] e ricovero mezzi [mis. (36 x 10 x 4,5)m ;

Piazzali e vie [S=4740m

S=360m

n° Descrizione Potenza V Ib Cosφ η Ku Kc

Elettrica [V] [A]

[kW]

3 Circuito illuminazione 2,2 230 6 0.9 -- 1 1

Esterna

1 Circuito illuminazione 4,8 230 14 0.9 -- 1 1

ricovero mezzi

5 Prese monofase 3 230 16 0.9 -- 0.5 0.3

5 Prese trifase 4,5 400 16 0.9 -- 0.75 0.5

1 Compressore aria 100lt 7.5 400 12 0.85 0.87 1 0.8

1 Carica batterie 100 400 160 0.9 -- 1 0.5

1 Centrale idrica 15 400 42 0.8 -- 1 1

1 Centrale antincendio 20 400 56 0.8 -- 1 1

1 Automazione cancello 1 230 2 0.9 -- 1 1

tab 1.2 Descrizione tabella:

n° = numero di carichi elettrici;
Descrizione = indica il tipo di carico elettrico;
Potenza elettrica = indica la potenza richiesta dal carico elettrico espressa in kW;
V = indica la tensione di esercizio espressa in Volt;
Ib = indica la corrente impiegata dal carico elettrico;
Cosφ = indica il fattore di potenza del carico elettrico;
η = indica il rendimento del del carico elettrico alimentato a tensione e frequenza di rete;
Ku = indica il coefficiente di utilizzazione del carico elettrico
Kc = indica il coefficiente di contemporaneità del carico elettrico rispetto al resto dell’impianto.

Calcolo della potenza nominale della sezione “Aree esterne e ricovero mezzi”:

Pn = (Pill-esterna x 3) + Pill-ricov. + Prese monof. (20 x Vn x Ib x Cosφ x Ku x Kc) + Prese Trif. (20 √3 x Vn x Ib x Cosφ x Ku x Kc) + (Pcaricabatt. x Ku x Kc) + (Pcompress./η x Ku x Kc) + Pcentr.idrica + Pcentr.antincendio + Pautom.cancello=

= (2,2 x 3) + 4,8 + (20 x 230 x 0.9 x 0.5 x 0.3) + (20 x √3 x 400 x 32 x 0.75 x 0.5) + + (100 x 1 x 0.5) + (7.5/0.876 x 1 x 1) + 15 + 20 + 1 = 115 kW

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Calcolo della potenza totale assorbita

La potenza totale assorbita nelle condizioni di carico nominale è data dalla somma delle potenze nominali dei singoli carichi, elencate nei punti sopra citati

= Pcapannonene + Puffici + Ppiazzali-ricovero mezzi = 440 + 23 + 115 = 578 kW

P

Supponendo di considerare un fattore di riduzione globale K, che terrà conto di contemporaneità e di utilizzazione pari a 0,80, si ottiene la potenza convenzionale (Pc) dell’impianto: Pc = (Pn x K)/ Cosφ = (578 x 0.8)/ 0.9 = 513 kVA

Preventiviamo un ampliamento futuro del 20% che verrà sommato alla potenza convenzionale sopra ricavata:

Pcontr. = Pc +20% = 513 x 1.2 = 615 kVA

Vedere nel capitolo “Dimensionamento della cabina”, il paragrafo “Scelta del trasformatore”.

E-M@il: giuseppe.gelsomino@libero.it

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Giuseppe Gelsomino V E Elettrotecnica ed Automazioni.

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Distribuzione elettrica

Il complesso sarà alimentato dalla rete elettrica tramite linea in M.T. (Vn = 20.000 V), quindi con trasformazione in cabina propria.

La continuità del servizio sarà garantita, in caso di manutenzione o guasto del trasformatore o della linea, da apposito gruppo elettrogeno.

A seguito delle esigenze impiantistiche l’impianto sarà così dimensionato:

Consegna in cabina arrivo MT: Linea aerea precordata in media tensione 20 kV (3x16 mm²) proveniente dal gestore elettrico ed avente lunghezza pari a 10 km.
Circuito alimentazione cabina di trasformazione sita in posizione semibaricentrica: Linea in cavo (tripolare RG7H1M1 - 12/20 kV 1x(3x70mm²)), lunga 66 m
Circuito di alimentazione capannone lavorazioni: Linea in cavo (unipolare FG7OR 6x185/2x150 mm²), lunga 15 m.
Circuito di alimentazione palazzina uffici: Linea in cavo (multipolare FG7OR 5x6mm²), lunga 20m
Circuito di alimentazione illuminazione esterna più ricovero mezzi: Linea in cavo (unipolare FG7OR 3x95/50 mm²), lunga 60 m

Segue paragrafo “scelta delle condutture e posa” nel capitolo “Dimensionamento impianto elettrico B.T.”, nel quale verrà trattato il dimensionamento delle linee elettriche e le specifiche per la posa.

E-M@il: giuseppe.gelsomino@libero.it