Apprendere l’elettricità.

IL GENERATORE DI TENSIONE

Un dispositivo in grado di generare una differenza di potenziale tra i suoi due poli si chiama generatore di tensione; per i nostri impianti sono a disposizione, principalmente, due tipi di tensione.

La mancanza di un circuito elettrico impedisce il passaggio di corrente (I = 0); nel caso successivo vedi la foto, la presenza del collegamento permette il passaggio della corrente I dal polo positivo del generatore a quello negativo.


La tensione continua ha un andamento costante e la si può incontrare per esempio nella batteria dell’auto o in una qualunque pila. La tensione alternata, come quella a 220-230 volt presente nelle nostre case, invece cambia la sua polarità in possibile e negativo.

LA LEGGE DI OHM

Esiste una relazione molto semplice che permette, conoscendo due tra le tre grandezze V (tensione), I (corrente) e R (resistenza), di ricavare la terza. Si tratta della Legge di Ohm:

\( V= R \bullet I \)

In altre parole; la tensione è uguale al prodotto tre il valore della resistenza e il valore della coefficiente da cui si ti cava che:

\( I = \frac{V}{R} \)​ opp. ​\( R = \frac{V}{I} \)

E anche

\( P=V\bullet I \)​ opp ​\( P=R\bullet I\bullet I \)

Ovvero

\( P = V \bullet I^ 2 \)

La potenza (W) è direttamente proporzionale al valore della resistenza (R) e i quadrato del valore di corrente (I) che circola nell’impianto. Questa semplice equazione è utile per capire meglio come affrontare il capitolo consumi e risparmio di energia.


LA PILA DI ALESSANDRO VOLTA


COSA ACCADE QUANDO UN PASSERO SI POSA SU UN CAVO ELETTRICO

Un qualunque uccello posato su un conduttore elettrico speso non rimane fulminato poiché tocca solo il conduttore A senza entrare in contatto contempo con un altro punto a differente potenziale. Se noi invece tocchiamo lo stesso conduttore A, chiudiamo, con il percorso mano-piedi, un circuito tra il conduttore A e la terra (potenziale B) veniamo attraversati da una corrente elettrica con conseguenze più o meno gravi. Per capire meglio pensiamo a quando scendiamo dall’auto in un giorno ventoso di primavera: tocchiamo la maniglia e sentiamo una scossa. Sono le cariche elettrostatiche trasportate dall’aria secca e accumulate sulla carrozzeria dell’auto; passano attraverso la mano e quindi per tutto il corpo, scaricandosi a terra. In quelle particolari giornate il potenziale elettrico della carrozzeria dell’auto raggiunge una tensione di 1000, 2000 volt; finché stavamo sull’auto eravamo isolati dal terreno grazie ai pneumatici in gomma, ma quando abbiamo posato il piede a terra, il nostro corpo ha chiuso il circuito elettrico tra la carrozzeria e il suolo, permettendo alle cariche di passare attraverso la mano. Nel punto di contatto tra mano e maniglia si è prodotto un arco elettrico che ha provocato il dolore. Attenzione, la corrente non ha il tempo di provocare danni seri pertanto in pochi istanti le cariche sono esaurite, scaricate a terra. Per non sentire la scossa basta toccare la maniglia con la chiave dell’auto, invece che con le dita della mano.

IL SISTEMA MONOFASE E TRIFASE

L’alimentazione monofase è costituita da due conduttori (fili): il filo di fase e il filo neutro con una differenza di potenziale tra loro di 220·230 volt. Oltre ai due fili (fase+ neutro), contrassegnati nei circuiti con le lettere F – N, è sempre previsto per sicurezza il filo di terra T.
Prendendo in esame le tipologie di impianti elettrici, possiamo vedere ad esempio che gli impianti elettrici civili raggruppano tutti quegli impianti realizzati in ambienti adibiti ad uso abitazione e similari, cioè gli edifici civili, termine con il quale si definiscono tutti quei luoghi ad esempio case d’abitazione di tipo privato o di comunità uffici pubblici e privati, luoghi ricreativi e di ritrovo, ospedali, nei quali le persone trascorrono parte del loro tempo.
Le installazioni elettriche, in quei luoghi, svolgono la funzione di assicurare illuminazione artificiale e l’alimentazione agli utilizzatori come elettrodomestici di grossa potenza, elettrodomestici di piccola potenza e inoltre alimentare circuiti di segnalazione e macchinari elettrici di calcolo e di lavoro in genere; in tal caso la monofase la fa da padrone.
Mentre il sistema trifase, costituito da tre tensioni monofase, sfasate tra loro di 120 gradi è riservato ad apparecchiature di media e alta potenza. L’alimentazione trifase è costituita da tre fili contrassegnati rispettivamente dalle lettere R – S – T e dal filo di terra T; tra fase e neutro (vedi anche l’articolo seguente) vi è una differenza di potenziale di 220-230 volt. In tal caso gli impianti elettrici, sono di natura industriale, riguardano prevalentemente l’alimentazione e gli equipaggiamenti elettrici delle macchine che operano in questi ambienti e l’illuminazione dei locali adibiti a quest’uso.
Gli impianti industriali, come del resto quelli civili, non sono stati risparmiati, in questi ultimi anni, da modifiche e, principalmente, da chiarimenti sostanziali per ciò che riguarda la rappresentazione grafica di apparecchiature e parti delle stesse.
Escludendo le forniture in AT e MT i gruppi di misura fondamentali si dividono in due tipi:

  • Il gruppo di misura monofase per piccole utenze comprende un contatore ed un interruttore automatico con funzione di limitatore; il limitatore ha lo scopo di impedire un prelievo di potenza superiore alla massima concordata all’atto della stesura del contratto con l’Ente fornitore.
  • Il gruppo di misura trifase è solitamente costituito da un contatore trifase di potenza attiva da un contatore trifase di potenza reattiva e da un indicatore di massima potenza prelevata.

Il gruppo di misura, di proprietà dell’Ente fornitore di energia è l’ultimo componente dell’impianto di distribuzione urbana; ai suoi morsetti ha origine l’impianto utilizzatore.

LA POTENZA ELETTRICA

In corrente continua la potenza si esprime in watt e indica il prodotto del valore della tensione per il valore della corrente:

La potenza istantanea =>  ​\( P (Watt) = V (Volt) • I (Ampere) \)

Tuttavia lo sfasamento tra tensione e corrente può avere un valore qualsiasi compreso tra -90° e +90°, in generale la potenza attiva e viene calcolata

con la seguente formula => ​\( P= V• l • cos Ⴔ \)​  dove Ⴔ è l’angolo di sfasamento tra la tensione e la corrente.

POTENZA APPARENTE, ATTIVA E REATTIVA

La potenza elettrica è il prodotto della tensione per la corrente corrispondente. Possiamo differenziare tre tipi di potenza:​

  • Potenza attiva ​​\( P = V \bullet I \bullet cos φ \quad[kW] \)​​ [Watt, W] ;
  • Potenza reattiva ​​\( Q=V \bullet I \bullet sen φ \quad[kVAR] \)​​ [Volt-Ampere-Reattivi] ;
  • Potenza apparente  ​​\( S  = V\bullet I \quad[kVA] \)​​ è la potenza secondo la quale si dimensionano i dispositivi elettrici; può essere calcolata anche :  \( S= \sqrt {P^2+Q^2} \)​ .

La potenza effettiva P si ottiene moltiplicando la potenza apparente S per il “cosφ”, che è chiamato “fattore di potenza”. L’angolo formato nel triangolo di potenza di P e S è uguale alla differenza di fase tra la corrente e la tensione ed è lo stesso angolo dell’impedenza; quindi il cosφ dipende direttamente dallo sfasamento.

 

 

 

SIMULAZIONE DELLA CORRENTE ELETTRICA ALTERNATA

SIMULAZIONE DELLO SFASAMENTO E POTENZA ELETTRICA


NB: Quando andate all’estero ricordatevi di verificare il valore della tensione; per esempio, in Francia è 220 volt. Ma negli Stati Uniti è la metà: 110 volt.
PS: Per maggiori chiarimenti  segui il seguente link. 

IL FATTORE DI POTENZA

È un indicatore del corretto utilizzo dell’energia elettrica; il fattore di potenza può assumere valori compresi tra 0 e 1, e si indica con cos φ :

per 

\( 0 < cos φ < 0,95 \)​ l’impianto non è adeguato;

diversamente

 per  

\( 0,95 \leq cos φ  < 1 \)​  l’impianto è ottimo.

Con fattore di potenza a 0.85 si ha, il totale di energia fornita dall’erogatore del servizio cioè 85 % viene sfruttata dal cliente, mentre il restante 15 % viene persa, le cause posso essere :

  • Aumento delle perdite per effetto Joule;
  • Aumento delle cadute di tensione;
  • Sovraccarico dell’apparecchiatura di manovra (determina una ridotta vita degli stessi);
  • Aumento della sezione nominale dei conduttori con l’aumento della corrente assorbita.

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