Impianti di distribuzione - Dimensionamento

Dimensionamento degli impianti di distribuzione

Come già accennato, il dimensionamento degli impianti di distribuzione viene eseguito con riferimento alle condizioni di funzionamento nominale (o di regime permanente). Ciò significa che per eseguire il dimensionamento di un impianto di distribuzione si può fare riferimento al suo circuito equivalente monofase, al quale si perviene così come indicato al capitolo precedente, nel quale è stato altresì definito il suo modello matematico. Il passo successivo è, pertanto, quello di definire i criteri da seguire per il dimensionamento degli impianti in questione.

Criteri di dimensionamento

I criteri di dimensionamento generalmente adottati sono:

• Il criterio della massima caduta di tensione (criterio elettrico);
• Il criterio della massima sovratemperatura (criterio termico);
• Il criterio del massimo tornaconto economico.

Criterio elettrico

È noto che tutte le utenze elettriche (lampade, motori, ...) sono sensibili, in misura e con effetti diversi, tanto agli aumenti della tensione quanto agli abbassamenti della tensione. Le lampade, per esempio, possono subire una diminuzione della loro vita utile (aumento della tensione) oppure una diminuzione della resa luminosa (abbassamento della tensione); così come i motori asincroni, in caso di diminuzione della tensione, subiscono una diminuzione della loro coppia motrice con, a parità di coppia resistente, un conseguente incremento dello scorrimento e quindi della corrente assorbita (aumento ulteriore della caduta di tensione sulla linea di alimentazione ed aumento delle perdite per effetto Joule sulla linea di alimentazione e negli avvolgimenti del motore, che potrebbe surriscaldarsi eccessivamente).

Per quanto sopra accennato, i valori della caduta di tensione sugli impianti di distribuzione, espressi in percentuale della tensione nominale dell’impianto stesso (ΔV%), vengono imposti inferiori a certi valori massimi ritenuti ammissibili; in particolare si impone:

• In BT: ΔV% ≤ 4 ÷ 6%,
• In MT: ΔV% ≤ 5 ÷ 7%.

Fissati i valori ammissibili per le cadute di tensione sull’impianto, e noti i carichi, la loro ubicazione e la tensione nominale dell’impianto, si tratta quindi di trovare le sezioni dei conduttori delle linee costituenti l’impianto di distribuzione, in modo che la massima caduta di tensione nell’impianto non superi un preassegnato valore ammissibile.

Reti con carichi resistivi

Ricordando che la caduta di tensione su una singola linea dell’impianto di distribuzione è esprimibile in termini analitici e generali con l’equazione (V.2), nel seguito vengono inizialmente considerate, per semplicità di esposizione, i più ricorrenti casi pratici di linee che alimentano carichi puramente resistivi (cosφ =1). Successivamente, si mostrerà come estendere i criteri di dimensionamento delle linee al caso più generale di carichi ohmico-induttivi.

Linea con carico di estremità

La massima caduta di tensione è pari a:

L_ρ Δ = R ^• I K I

Essendo ρ la resistività del materiale conduttore utilizzato per realizzare il cavo. Il coefficiente K assume i seguenti valori:

• K = 2 linea monofase,
• K = 1 linea trifase.

Ponendo M = L ^• I_P, definito come momento elettrico della corrente valutato rispetto al punto di alimentazione, P, l'espressione della massima c.d.t. diventa:

M_ρ Δ = K ^• M ^• I_P

A questo punto, la sezione del conduttore si ricava semplicemente imponendo:

M_ρ Δ = K ^• M ^• I_P ≤ ΔV_amm

E’ importante sottolineare che, poiché dal calcolo possono scaturire valori della sezione del conduttore non presente in commercio, la sezione di progetto dovrà essere quella commerciale immediatamente superiore a quella di calcolo.

Linea con carichi concentrati lungo il percorso

Anche se in prima analisi potrebbe sembrare economicamente conveniente, nella pratica i diversi tratti della stessa dorsale non vengono realizzati con sezioni differenti; si pone invece:

S = S₁ = S₂ = S₃.

L'espressione della massima c.d.t., calcolata tra P e A, applicando il principio di sovrapposizione degli effetti, è funzione della somma dei momenti delle singole correnti rispetto al punto di alimentazione P:

Δ_V = K ^• Σ_i (M_ρ / S)

Dove M_ρ è il momento elettrico delle singole correnti rispetto al punto di alimentazione P.

Si può porre:

Σ_i = L ^• I_i

Da cui:

Δ_V = K ^• Σ_i (L ^• I_i / S)

In definitiva, ai fini della determinazione della sezione S, la linea della Fig. VI.2 risulta equivalente a quella della Fig. VI.3.

Linea con carico uniformemente distribuito

Anche in questo caso, per motivi di praticità, la sezione della linea sarà unica per l'intera lunghezza. Poiché il carico è uniformemente distribuito, se i è la corrente per unità di lunghezza è possibile definire una corrente risultante pari a I = i ^• L ed il dimensionamento si può effettuare riconducendo il caso in esame, ancora una volta, a quello di linea con carico di estremità.