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- 5 - Subsistema di Distribuzione

Stazione Subsistema di Trasmissione

2 3

1

MT AAT MT

G G

1 2

Centrale di Produzione

Stazione annessa alla Centrale

Nodo di Interconnessione

4

Fig. I.1 – Schema unifilare di principio di un sistema elettrico per l’energia

I nodi 1 e 3 sono i nodi in cui viene riversata l'energia prodotta da un impianto di produzione

dopo essere stata trasformata dalla tensione più adatta al funzionamento dei generatori

sincroni alla tensione della rete di trasmissione. La trasformazione avviene nelle cosiddette

“stazioni di trasformazione” annesse alle centrali, mediante l’uso di trasformatori elevatori a

rapporto di trasformazione fisso. Non si ritiene, infatti, giustificato usare trasformatori a

rapporto di trasformazione variabile perché la regolazione della tensione consentita dai

generatori sincroni delle centrali risulta di per sé generalmente sufficiente e non sarebbero

giustificate le complicazioni introdotte dai sistemi di controllo e comando delle

commutazioni sotto carico del rapporto di trasformazione dei trasformatori.

Il nodo 2 è un nodo da cui l’energia elettrica viene trasferita al sub-sistema di

distribuzione. Il passaggio avviene previa trasformazione dalla altissima tensione (AAT, 380

kV) alla alta tensione (AT, 220 kV), grazie all’uso di trasformatori abbassatori a rapporto

variabile sotto carico, capaci di garantire la regolazione della tensione (rispetto a variazioni

aventi origini diverse). Queste stazioni di trasformazione prendono il nome di “stazioni

primarie”.

Il nodo 4 è un nodo di interconnessione con un'altra rete, cioè un nodo in cui viene

riversata o da cui viene prelevata una certa quantità di energia elettrica verso e/o da una rete

di una nazione confinante (nel nostro caso Francia o Svizzera).

E’ utile far presente che esistono in Europa tre “blocchi” nei quali le reti di

Appunti di Sistemi Elettrici per l'Energia

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trasmissione sono raggruppati in relazione alle modalità tecniche di funzionamento. Tali

“blocchi” sono denominati:

• UCPTE (paesi dell’Europa occidentale),

• ex-COMECON (paesi dell’Europa orientale),

• NORDEL (Svezia, Norvegia e Finlandia).

Essi sono tra di loro interconnessi in quanto:

la Gran Bretagna ha posto fine all'isolamento elettrico in cui si trovava quando nel 1986

• è entrato in servizio il collegamento sottomarino con la Francia;

l'Europa centrale è collegata ai paesi scandinavi con una linea in cavo (parzialmente

• sottomarina) via Danimarca-Svezia;

anche i paesi dell'Europa orientale, associati nel blocco ex-COMECON, stanno cercando

• nuovi collegamenti con l'Europa: a tale scopo nuove stazioni di conversione sono in

costruzione o in programma tra questi paesi e Germania, Austria e i paesi della ex

Jugoslavia.

Inoltre, da parte italiana, per diversificare al massimo le importazioni di elettricità,

anche in vista della riduzione delle eccedenze nei Paesi europei, sono state avviate numerose

iniziative: tra l'Italia e la Grecia è in programma la realizzazione di un collegamento, via cavo

sottomarino, finanziato dalla CEE, che in prospettiva permetterà un proseguimento verso la

Turchia; con l'ex URSS e la Tunisia sono in discussione accordi per negoziare forniture di

energia elettrica.

La trasmissione di energia elettrica può essere anche affidata a una sola linea elettrica

che collega una stazione annessa alla centrale ad una stazione primaria, ad esempio quando

le risorse energetiche sono disponibili in siti ubicati a notevole distanza dai centri di

consumo.

Per quanto riguarda l’Italia, il sub-sistema di trasmissione è stato, gestito per

lunghissimo tempo ed in regime di monopolio, dall’ENEL.

Sulla base delle attuali regole del libero mercato dell’energia elettrica, la gestione della rete

di trasmissione è affidata ad un nuovo Gestore di Rete identificabile nella Società TERNA

SPA, che garantisce a tutti i produttori di energia elettrica pari opportunità di trasmissione e

dispacciamento della stessa.

1.3 Sub-sistema di distribuzione

Il sub-sistema di distribuzione è costituito da reti di distribuzione primaria

(normalmente esercite in AT), da reti di distribuzione a media tensione (MT) e da reti di

distribuzione a bassa tensione (BT); spesso, nel gergo usuale, si fa riferimento a tale sub-

sistema con la dizione di “impianti di distribuzione”.

Ciascuna rete di distribuzione primaria è esercita generalmente alla tensione di 220,

150 o 130 kV, riceve energia dai nodi della rete di trasmissione attraverso le stazioni

primarie ed alimenta le reti di distribuzione a MT tramite le cosiddette “stazioni AT/MT”.

Appunti di Sistemi Elettrici per l'Energia

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Ciascuna rete di distribuzione a MT è esercita generalmente alla tensione di 20 kV,

origina dalle stazioni AT/MT e alimenta le reti di distribuzione a BT tramite numerosissime

“cabine” MT/BT. Le configurazioni variano in relazione alla densità di carico ed al livello di

continuità di alimentazione dell'utenza, con i più disparati schemi che vanno dalla

configurazione magliata a quella radiale in cui il flusso dell’energia è unidirezionale.

Ciascuna rete di distribuzione a BT è esercita alla tensione di 400 V, origina da una

cabina MT/BT e realizza l'ultima fase della distribuzione fino alla consegna alle piccole

utenze. Allo stato attuale la gestione del sub-sistema di distribuzione è ancora affidata

all’ENEL. Sulla base delle opportunità offerte dalla recente legislazione sulla liberalizzazione

del mercato dell’energia, la gestione verrà man mano privatizzata.

1.4 Subsistema di utilizzazione

Il sub-sistema di utilizzazione è costituito dalle diverse utenze elettriche. In

dipendenza delle potenze richieste, alcune utenze sono alimentate a partire dalle stazioni

primarie, altre dalle stazioni AT/MT, altre, infine, a partire dalle cabine MT/BT.

E’ utile specificare che tra le utenze elettriche spesso si includono, nel loro

complesso, i sistemi elettrici industriali e quelli destinati al trasporto ferroviario; tali sistemi,

infatti, sono anche essi alimentati a partire dalle stazioni primarie o dalle stazioni AT/MT o,

infine, dalle cabine MT/BT.

Nel 2006 l'energia richiesta sulla rete italiana per il consumo è risultata pari a circa

340 miliardi di kWh.

2. Componenti elementari del sistema elettrico per l’energia

Una volta introdotta la costituzione del sistema elettrico per l’energia nei vari sub-

sistemi fondamentali, è possibile ulteriormente analizzare la sua costituzione in termini di

componenti elementari. Questi ultimi possono, innanzitutto, essere ricondotti ai seguenti:

• i generatori sincroni (delle centrali più significative),

• i trasformatori (delle stazioni e delle cabine),

• le linee elettriche (delle reti di trasmissione e di distribuzione),

• i carichi.

Nel sistema, però, trovano posto anche altri componenti che, sebbene teoricamente

non indispensabili al funzionamento del sistema, nella pratica lo sono per motivi di

flessibilità, di economicità, e di sicurezza di gestione dello stesso. Questi componenti

aggiuntivi possono essere individuati, sostanzialmente, nei seguenti: gli apparecchi di

manovra, di misura, di regolazione, i relè, i sistemi elettronici di potenza.

Appunti di Sistemi Elettrici per l'Energia

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3. Condizioni di funzionamento di un sistema elettrico per l’energia

Un sistema elettrico per l’energia si trova per la maggior parte del tempo nelle

condizioni di funzionamento cosiddetto “normale”, in cui tutte le grandezze elettriche (a

regime permanente) hanno valori contenuti in intervalli stabiliti ai fini del buon

funzionamento del sistema e rispetto ai quali il sistema è dimensionato, già in fase di

progetto.

In alcuni casi, però, il sistema può anche trovarsi in condizioni di funzionamento

dette “anormali”, in cui una o più grandezze elettriche, per motivi diversi, possono assumere

valori che fuoriescono dai limiti del normale funzionamento, per il quale il sistema è stato

dimensionato, e che, pertanto, espongono il sistema stesso (ma anche le persone) a rischi di

vario tipo.

Per il contenere entro limiti accettabili i rischi dovuti alle condizioni di funzionamento

anormali, bisogna preventivamente saperle stimare ed attuare tutte le misure di protezione

ritenute appropriate, già in fase di progetto.

Si evince che per poter progettare un sistema elettrico per l’energia che possa

funzionare in modo corretto, efficiente e sicuro sia nelle condizioni di funzionamento

cosiddette normali che in quelle di funzionamento anormali, è fondamentale possedere degli

strumenti operativi capaci di ricondurci alla stima dei valori che le diverse grandezze

elettriche possono assumere nelle diverse condizioni di funzionamento possibili.

Questi strumenti sono i cosiddetti “modelli matematici” del sistema; essi vengono in

generale formulati a partire dalla conoscenza dei circuiti elettrici equivalenti dei componenti

fondamentali del sistema stesso, citati nelle sezioni precedenti.

I modelli matematici di un assegnato sistema elettrico devono essere messi a punto

separatamente: si distinguono, perciò, il modello matematico del sistema per le condizioni di

funzionamento normali dal modello matematico del sistema per le condizioni di

funzionamento anormali.

3.1 Condizioni di funzionamento normali

Come posto in evidenza in precedenza, una condizione di funzionamento normale si

caratterizza per la presenza di valori delle varie grandezze elettriche - ed in particolare le

tensioni, le correnti e la frequenza – che a regime sono contenuti in intervalli che

garantiscono il buon funzionamento del sistema elettrico.

Nel funzionamento normale si pongono vari problemi, tra cui, ad esempio, il

problema della regolazione della tensione, quello della regolazione della frequenza, quello

della ripartizione delle potenze attive e reattive tra i vari impianti di produzione.

Il modello matematico del sistema elettrico nelle condizioni di funzionamento

normali, che consente di affrontare e risolvere si sopra indicati problemi, viene messo a

punto a partire dalla conoscenza dei circuiti equivalenti dei singoli componenti del sistema,

essi stessi ipotizzati funzionanti in condizioni normali. Appunti di Sistemi Elettrici per l'Energia


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Atreyu

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria elettronica
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Sistemi elettrici per l’energia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Carbone Rosario.

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