La distribuzione di energia elettrica, nell'ingegneria elettrica, è l'ultima fase nel processo di consegna dell'energia elettrica 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.
Generalità Generalmente tale rete comprende linee elettriche a media tensione (tra 1 e 35 kV) e linee a bassa tensione (tra 50 e ), impianti di trasformazione AT/MT (cabine primarie), trasformatori su pali o cabine elettriche a media tensione (cabine secondarie), sezionatori e interruttori, strumenti di misura. Le linee ad alta tensione (tra 35 e 400 kV) fanno invece parte della rete di trasmissione che alimenta la rete di distribuzione.
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 gestita da un unico operatore (Terna), per la distribuzione di energia elettrica fino agli utenti finali sono presenti numerose società. In ciascuna area la distribuzione viene data in concessione ad un unico operatore (monopolio naturale), mentre l'attività di vendita di energia è lasciata in capo a soggetti diversi che possono offrire proposte ai consumatori. È stata invece liberalizzata a più operatori l'attività di produzione con il cosiddetto Decreto Bersani, favorendo la libera concorrenza nel mercato elettrico.
Sistemi di distribuzione Nell'era pionieristica dell'elettricità, la produzione era effettuata in corrente continua e la consegna avveniva entro brevi distanze alla stessa tensione. Verso la fine del 1800, vi fu un rapido (seppure combattuto, con la cosiddetta Guerra delle correnti) passaggio alla corrente alternata con il sistema trifase, che permetteva il funzionamento di trasformatori statici ad alta efficienza 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 sottostazioni elettriche alle porte delle città o dei distretti di distribuzione. Qui, autotrasformatori di notevoli dimensioni (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 interrati in cavo (con isolamento a 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 a 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 (MT).
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, o cabine secondarie: qui altri trasformatori con potenze comprese tra 50 e 1 000 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 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. In passato era usato 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 e anche in Italia è il triangolo-stella. In questa configurazione, il centro stella del secondario, chiamato neutro, viene collegato a un impianto di dispersione nel terreno nei pressi del trasformatore e viene consegnato alle utenze assieme alle fasi (si dice centro stella a terra o neutro a terra, prima delle utenze, trattasi di un regime di neutro detto TT, sistema monofase 230 V). 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 in Italia nel passato, 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. In Italia questo sistema è ancora in funzione in luoghi in cui la rete non è stata ancora ammodernata; in particolare tale situazione si rileva a Roma in zone periferiche (ad es. nel Quartiere Tuscolano) e ad Ostia ed in queste zone la tensione fase-fase è stata portata a 230 V (e corrispondentemente la tensione fase-neutro è 133 V).
Schema di distribuzione 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
In cabina di trasformazione, il neutro dell'avvolgimento BT del trasformatore MT/BT può essere messo a terra, ovvero collegato alla maglia di terra della cabina. 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
La consegna a 230/400 V avviene attraverso un gruppo di misura dell'energia e di limitazione della potenza assorbita, che ha lo scopo di contabilizzare i consumi per la fatturazione con un contatore di energia e definire il punto di consegna ma, in Italia, non quello di offrire una prima protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti in quanto si tratta di un semplice limitatore a sgancio elettronico e non di un interruttore magnetotermico. 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 applicato un sovrapprezzo, in quanto dannosa per l'ente erogatore e perché potrebbe essere ridotta con dei condensatori.
Caratteristiche di fornitura Le caratteristiche tecniche dell'energia elettrica 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'entrata in vigore del ); Frequenza: In Europa 50 Hz Corrente nominale massima (dipendente dal contratto di fornitura); Massimo sfasamento ammesso dall'azienda erogatrice; Stato del neutro e delle masse rispetto alla 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 la fascia oraria di minor costo per i propri consumi di energia elettrica.
In Italia Precedentemente al processo di normalizzazione della rete elettrica nazionale, queste erano le tensioni d'esercizio (in volt), per illuminazione/applicazioni domestiche, nei principali centri cittadiniLibro di casa, Editoriale Domus, 1946 e 1954.:
Agrigento, 150/260 Alessandria, 160/280 Ancona, 127/220 Aosta, 150/260 Arezzo, 125/220 Ascoli Piceno, 127/260 Asti, 127/220 Avellino, 150/260 Bari, 150/260 Belluno, 125/220 Benevento, 150/260 Bergamo, 160/280 Bologna, 125/220 Brescia, 125/220 Cagliari, 150/260 Campobasso, 137/240 Caserta, 150/260 Catania, 150/260 Catanzaro, 150/260 Chieti, 150/260 Como, 125/220 Cosenza, 150/260 Cremona, 125/220 Ferrara, 125/220 Firenze, 160/275 (Fiume), 105/210 Foggia, 127/220 Forlì, 125/220 Frosinone, 150/260 Genova, 125/220 Gorizia*, 125/220 Gorizia*, 220/380 Grosseto, 150/260 Imperia, 125/220 L'Aquila, 127/220 Lecce, 150/260 Livorno, 150/260 Lucca, 150/260 Macerata, 127/220 Mantova, 125/220 Massa, 125/220 Matera, 127/220 Messina, 150/260 Milano*, 160/160 Milano*, 160/280 Modena, 125/220 Napoli, 150/260 Novara, 125/220 Padova, 130/230 Palermo, 150/250 Parma*, 125/250 Parma*, 150/300 Pavia, 125/220 Perugia, 127/220 Pesaro, 127/220 Pescara, 127/220 Pisa, 110/190 Pistoia, 150/260 (Pola), 220/380 Potenza, 127/220 Ravenna, 127/220 Reggio Calabria, 125/220 Reggio Emilia*, 125/220 Reggio Emilia*, 150/260 Rieti, 127/220 Roma*, 105/105 Roma*, 125/220 Sassari, 150/260 Savona, 150/260 Siracusa, 150/260 Sondrio, 110/190 Taranto, 150/260 Teramo, 127/220 Terni, 120/210 Torino, 125/220 Trapani, 125/220 Trento, 220/220 Treviso, 125/220 Trieste*, 110/110 Trieste*, 125/220 Udine, 125/220 Varese, 125/220 Venezia, 125/220 Vercelli*, 125/220 Vercelli*, 160/160 Verona, 125/220 Vicenza, 125/220 Viterbo, 140/240 (Zara), 150/300
* = Due diverse aziende elettriche con tensioni d'esercizio differenti.
La normalizzazione delle tensioni cominciò nel 1950. Da quella data, tutte le nuove reti di distribuzione di corrente dovevano essere almeno predisposte a lavorare alle tensioni di 125 o 220 V nei circuiti monofase e alle tensioni concatenate di 220 o 380 V per i trifase (implicando quindi una tensione di fase di 125 o 220 V). Restavano consentite reti funzionanti a 160-275 V e loro ampliamenti, purché non interessassero zone servite con la nuova tensione normale. L'uniformazione della tensione era prevista entro il 1960 per le reti che non fossero esercite nelle tensioni ancora tollerate di 160-275 V, mentre per queste ultime era prevista una graduale trasformazione dopo il '60.