Distribuzione di energia elettrica

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Un elettrodotto e, sullo sfondo, turbine eoliche in Essex, Inghilterra

In ingegneria elettrica la distribuzione elettrica è l'ultima fase nel processo di consegna dell'elettricità all'utente finale dopo la produzione e la trasmissione e si realizza attraverso un'infrastruttura di rete tipica qual è la rete di distribuzione elettrica capillare fino agli utenti o utilizzatori finali.

Generalmente tale rete comprende linee elettriche a media tensione (tra i 10 e i 20 kV) e linee a bassa tensione (inferiore a 1000 V, normalmente 400 V), impianti di trasformazione AT/MT (cabine primarie), trasformatori su pali o cabine elettriche a media tensione (cabine secondarie), sezionatori ed interruttori, strumenti di misura. Le linee ad alta tensione (tra i 60 e 400 kV) fanno invece parte della rete di trasmissione[1].

Il trasporto su lunga distanza è più efficiente operando ad alta tensione. Avvicinandosi all’utente finale, invece, la tensione necessita di essere progressivamente abbassata per motivi di sicurezza (si abbassa il rischio di folgorazione) e anche perché generalmente i carichi elettrici delle utenze industriali e quelli delle utenze domestiche lavorano rispettivamente a media e bassa tensione.

In Italia mentre la trasmissione su lunghe distanze è in mano ad un unico operatore (Terna), la distribuzione di energia elettrica fino agli utenti finali è stata invece liberalizzata a più operatori con il cosiddetto Decreto Bersani favorendo la libera concorrenza nel mercato elettrico. In ciascuna area la distribuzione viene data in concessione a unico operatore (monopolio naturale), mentre l'attività di vendita di energia è lasciata in capo a soggetti diversi che possono offrire proposte ai consumatori.

Sistemi di distribuzione[modifica | modifica wikitesto]

Nell'era pionieristica dell'elettricità la produzione era effettuata in corrente continua e la consegna avveniva entro brevi distanze alla stessa tensione. Oggigiorno è utilizzata pressoché ovunque la corrente alternata con il sistema trifase, che permette il funzionamento dei trasformatori e quindi la trasmissione e distribuzione a notevole distanza.

Gli elettrodotti portano l'energia ad altissima tensione (tra i 220 e i 380 kV) dalle centrali elettriche fino alle stazioni ricevitrici alle porte delle città o dei distretti di distribuzione. Qui enormi autotrasformatori (con potenze che vanno dai 100 ai 400 MVA) riducono la tensione secondo le esigenze della distribuzione primaria, con tensioni che possono essere di 150, 132 o 60 kV; attraverso elettrodotti aerei o in cavo (con isolamento ad olio o in gomma etilenpropilenica EPR) l'energia elettrica giunge negli impianti di trasformazione AT/MT (alta tensione / media tensione), denominati cabine primarie, dove, con trasformatori di potenza compresa tra i 10 e i 60 MVA, viene ulteriormente abbassata ad una tensione che, a seconda dei distributori, può variare tra gli 8.4 kV (come nella rete di Roma) e i 20 kV, per essere immessa poi nella rete elettrica a media tensione. L'elettricità prosegue su elettrodotti minori su tralicci e pali in aree di campagna, oppure in cavi isolati nel sottosuolo urbano, fino alle sottostazioni di media tensione (cabine secondarie). Nelle cabine secondarie di media tensione (MT) altri trasformatori (con potenze comprese tra 50 e 1000 kVA) riducono la tensione al valore finale di consegna all'utente, in Italia 400 V trifase. Da questo punto fino al contatore dell'utente si può parlare di consegna di energia elettrica, la quale avviene utilizzando cavi isolati e, più raramente e nel caso di località rurali, su linee aeree su palo. La distribuzione dell'energia elettrica prosegue poi all'interno degli edifici/aziende attraverso gli impianti elettrici privati degli utenti finali per alimentare i vari carichi.

Gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore di consegna possono essere configurati a stella o a triangolo. (Nota: esiste anche il collegamento a zig-zag che sebbene permetta di unire i vantaggi degli altri due e riequilibrare i carichi squilibrati è caduto in disuso per ragioni economiche)

Le combinazioni possibili sono:

  • triangolo-triangolo
  • triangolo-stella
  • triangolo-zig-zag
  • stella-stella
  • stella-triangolo
  • stella-zig-zag

Il sistema più usato nel mondo ed anche in Italia è il triangolo-stella. In questa configurazione il centro stella del secondario, chiamato neutro, viene collegato ad un impianto di dispersione (puntazze infisse nel terreno) nei pressi del trasformatore, dopo di che viene consegnato alle abitazioni assieme ad una delle tre fasi (si dice centro stella a terra o neutro a terra, prima delle utenze, trattasi di un regime di neutro detto TT, sistema monofase 230V). In un sistema trifase a 400 V, la tensione presente tra fase e neutro è di 230 V. Agli utilizzatori maggiori (laboratori, industrie ecc) vengono consegnate tutte e tre le fasi più il neutro.

In alcune zone del mondo ed anche in poche zone d'Italia in particolare a/e nei pressi di Roma tra cui Ostia viene usata una distribuzione bifase: nelle case vengono portate due fasi di un sistema trifase con tensione fase-fase di 220 V. In questo caso la tensione fase-neutro è di 127 V, e in alcune nazioni (per es. gli Stati Uniti) sono messe a disposizione entrambe le tensioni su prese differenti. La tensione minore è usata per l'illuminazione, mentre la maggiore è impiegata per alimentare grossi carichi per elettrodomestici come lavatrici e condizionatori.

Schema di distribuzione[modifica | modifica wikitesto]

Per quanto riguarda lo schema della rete di distribuzione essa può essere principalmente in quattro tipi:

  • radiale;
  • radiale a circuiti paralleli;
  • ad anello;
  • a maglia;

Messa a terra[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Messa a terra.

In cabina di trasformazione il punto del neutro dell'avvolgimento BT del trasformatore MT/BT è messo a terra, ovvero collegato con un picchetto (dispersore) infisso nel terreno. Per ridurre la resistenza di contatto la stessa cosa è ripetuta in più punti lungo la linea di consegna. L'impianto elettrico privato è solitamente messo a terra attraverso un proprio impianto e con un proprio dispersore. In questo modo in caso di guasto verso terra di un apparecchio, si crea una corrente di ritorno attraverso la terra che provoca lo scatto dell'interruttore differenziale di protezione. Questo sistema è detto Terra-Terra (TT), poiché la corrente di guasto ritorna al neutro attraverso la terra.

Contabilizzazione[modifica | modifica wikitesto]

Un contatore monofase ed uno trifase

La consegna a 230/400 V avviene attraverso un contatore di energia, che ha gli scopi di contabilizzare i consumi per la fatturazione, definire il punto di consegna e offrire una prima protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti grazie a un interruttore magnetotermico integrato. Lo strumento è essenzialmente un wattmetro integratore elettromeccanico o, negli apparecchi recenti, elettronico, in grado di totalizzare l'energia attiva (potenza attiva integrata nel tempo) consumata. Nelle consegne trifase rilevanti, viene contabilizzata a parte anche l'energia reattiva, sulla quale è applicata una sovrattassa, in quanto dannosa per l'ente erogatore.

Caratteristiche di fornitura[modifica | modifica wikitesto]

Le caratteristiche tecniche dell'elettricità consegnata al cliente sono stabilite dalla normativa elettrica e sono principalmente determinate da:

  • Configurazione delle fasi: monofase, bifase o trifase;
  • Tensione nominale: in Italia 400 V fase-fase, ovvero 230 V fase-neutro con tolleranza ±10% (questo secondo la norma tecnica CEI 8-6 Tensioni nominali dei sistemi elettrici di distribuzione pubblica a bassa tensione, diventata obbligatoria a seguito dell'art.21 del Decreto Legge n.1 del 24 gennaio 2012);
  • Frequenza: 50 Hz
  • Corrente nominale massima (dipendente dal contratto di fornitura);
  • Massimo sfasamento ammesso dall'ente erogatore;
  • Configurazione di terra: TT, TN, TN-S, TN-C o TN-C-S (v. Sistemi di Terra);
  • Corrente massima di cortocircuito (dichiarata al punto di consegna dall'ente erogatore);
  • Massimo livello e frequenza dei transienti, delle sovratensioni temporanee e delle microinterruzioni;
  • Continuità del servizio, garanzie contro i black-out;
  • Alcuni gestori offrono la possibilità di tariffazione secondo fasce orarie ovvero intervalli/scaglioni di tempo durante l'arco delle 24 ore in cui il prezzo dell'energia elettrica venduta varia tipicamente in funzione della sua domanda assoluta (es. prezzi maggiori in corrispondenza del picco diurno, prezzi inferiori la sera e la notte). L'utente ha così il vantaggio di minimizzare le proprie spese scegliendo, se possibile, la fascia oraria di minor costo per le proprie attività elettriche.

In Italia[modifica | modifica wikitesto]

A partire dagli anni sessanta la consegna e la distribuzione dell'energia elettrica in Italia veniva svolta in regime di monopolio pubblico da parte dell'ENEL; negli anni novanta il settore è stato progressivamente privatizzato e liberalizzato a più gestori (decreto n°79 del 1999), e attualmente diverse aziende tra cui società private e municipalizzate svolgono il servizio producendo in proprio l'energia o acquistandola alla borsa elettrica da produttori e trasportatori. Attualmente invece è Terna la società che in Italia si occupa di gestire tutti gli aspetti legati alla trasmissione dell'energia elettrica sulla rete nazionale ad alta e altissima tensione.

Misuratore elettronico[modifica | modifica wikitesto]

I misuratori elettronici (smart meter) sono in corso di installazione presso gli utenti finali in tutta Italia, sulla spinta della flessibilità tariffaria propugnata dall'AEEG. Permettono la misura della potenza attiva e potenza reattiva immesse e prelevate; l'utente può quindi fornire energia alla rete, e ciò incentiva l'autoproduzione e l'uso delle fonti rinnovabili (in particolare gli impianti fotovoltaici). Tali contatori permettono inoltre di applicare tariffe diversificate per fasce orarie, spingendo gli utenti all'utilizzo degli elettrodomestici al di fuori delle ore di punta, e riflettendo giustamente il valore dell'energia elettrica sulla borsa dell'energia.

Il misuratore elettronico fornisce i seguenti dati:

  • Ora corrente
  • Numero del contatore
  • Numero di utenza
  • Media della potenza assorbita/erogata negli ultimi minuti (solitamente 2).
  • A + = Totalizzatore energia attiva assorbita [kWh] (ciò che si paga)
  • A - = Totalizzatore energia attiva ceduta [kWh] (ciò che viene pagato)
  • RQ1 = Energia reattiva induttiva assorbita [kVARh]
  • RQ2 = Energia reattiva capacitiva prodotta [kVARh]
  • RQ3 = Energia reattiva induttiva prodotta [kVARh]
  • RQ4 = Energia reattiva capacitiva assorbita [kVARh]
  • A+(T1), (T2), (T3) e (T4) = Totalizzatore energia attiva assorbita in quattro diverse fasce orarie

Distribuzione di prossima generazione[modifica | modifica wikitesto]

Un campo di ricerca attivo è quello che riguarda le cosiddette smart grid ovvero reti di distribuzioni elettriche intelligenti capaci di indirizzare altrove eventuali surplus energetici prodotti localmente tramite generazione distribuita, massimizzando così l'efficienza di produzione ed evitando sprechi. Questo è reso possibile da opportuni sistemi di automatizzazione tramite software. Tali sistemi diventerebbero indispensabili nel caso la rete elettrica di distribuzione dovesse integrare ai suoi estremi grandi contributi di produzione da parte di fonti energetiche rinnovabili quali eolico e fotovoltaico che hanno, a livello locale, caratteristiche intrinseche di intermittenza e variabilità di produzione.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ http://www.die.ing.unibo.it/pers/cristofo/didattica/dispense/14impel.pdf

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]