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IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E
DELLA GENERAZIONE DI POTENZA
REATTIVA
OBIETTIVO
monofase equivalente
di sequenza diretta
E
E
V
P, Q
mantenere la tensione V sull’utenza costante in modulo
al variare della potenza assorbita dalla stessa e al variare delle
condizioni di equilibrio della restante parte della rete.
EQUILIBRIO ELETTRICO
Ipotesi: sistema lineare, quindi
modellazione della rete alimentante l’utenza con l’equivalente di Thevenin
I
R
E
X
V
P, Q
jXI
E
q
RI
V
j
I
E = V + RI +jXI
DV = |E| - |V|
E jXI
q
RI
V
j
DV’ DV
Se q piccolo, allora
DV @ DV’= RI cosj + XI senj
Questa ipotesi è normalmente verificata
perché si esercisce il sistema in modo che
I a regime gli angoli tra le tensioni siano
piccoli, così da assicurare la stabilità del
sistema anche a seguito di perturbazioni.
Quindi è possibile stimare il modulo di V:
|V| @ |E| -(RI cosj + XI senj)
EQUAZIONE DELLA TENSIONE IN p.u.
Basi : potenza nominale dell’utenza, tensione nominale.
L’equazione per la stima del modulo di V diventa
nell’ipotesi che V@ Vn:
v @ e – (rp + xq)
Le variazioni di tensione in p.u. sono, quindi, stimate da:
Dv @ De – D( rp + xq)
MEZZI DI REGOLAZIONE DELLA
TENSIONE
• Riduzione delle reattanze della rete.
• Riduzione della potenza reattiva
transitante nei componenti il sistema
elettrico.
RIDUZIONE DELLE REATTANZE
DELLA RETE
• Rinforzo della rete mediante l’aggiunta di
ulteriori componenti.
• Sistemi di regolazione della tensione con
l’obiettivo di mantenere costante la
tensione in alcuni nodi della rete.
RINFORZO DELLA RETE
xt=0.1 p.u.
xs=1 p.u.
xt = 1.4 p.u.
xt = 1.25 p.u.
xl=0.3 p.u.
(con una sola linea)
(con due linee in parallelo)
A SOLUZIONI DI QUESTO TIPO SI
OPPONGONO ........
• Ragioni sostanzialmente economiche;
• A meno che il rinforzo del sistema con
l’aggiunta di altri componenti non sia
giustificato da altri motivi (incremento
dell’affidabilità, diminuzione delle perdite
ecc.)
SISTEMI DI REGOLAZIONE DELLA
TENSIONE
• Hanno l’obiettivo di mantenere costante la
tensione in opportuni nodi della rete,
“vicini” elettricamente ai carichi.
• Sono certamente più economici di
soluzioni che prevedono il rinforzo della
rete.
ESEMPIO:
REGOLAZIONE DELLA TENSIONE AI
MORSETTI DEL GENERATORE
xs=1. p.u.
xt=0.1 p.u.
xl=0.3 p.u.
V = costante
xs=1. p.u.
xl=0.3 p.u.
xt=0.1 p.u.
in assenza di regolazione: xt = 1.4 p.u.
con regolazione della tensione: xt = 0.4 p.u.
3.2
3.1
3
4.2
4.1
4
1
2.1
2
1.1
2
4
3
1
4.2
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
SISTEMA SENZA REGOLAZIONE
2
4
3
1
4.2
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
SISTEMA CON REGOLAZIONE
“AI MORSETTI DEI GENERATORI”
2
4
3
1
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
4.2
SISTEMA CON REGOLAZIONE
“A VALLE DEI TRASFORMATORI”
1
2
4
3
4.2
3.1
1.1
2.1
3.2
4.1
REGOLAZIONE “COMPENSATA”
• Nel caso in cui vi siano generatori che
alimentano carichi mediante lunghe linee
di trasmissione è possibile partire dalla
misura di tensione e corrente in partenza
alla linea (e quindi in prossimità del
generatore) calcolare la tensione
ad
opportuna distanza ed utilizzare tale
valore come “set point” da mantenere
costante mediante opportuno sistema di
regolazione. In tal caso si riduce
ulteriormente l’impedenza equivalente del
sistema.
LA REGOLAZIONE DELLA TENSIONE
IN UN GENERATORE SINCRONO
Attuat.
SCHEMA GENERALE DELLA
REGOLAZIONE
Rete
Reg.
-
Vrif
+
vecc
Vmis
Vrif
reg.
+
-
attuat.
altern
IL PROCESSO
• Può
essere
schematizzato
approssimativamente con un sistema
del primo ordine che tiene conto della
dinamica del circuito di eccitazione e
considerando puramente algebriche
le relazioni tra f.e.m. generata e
tensione risultante nel nodo di
interesse.
L’ATTUATORE
• Dinamo coassiale regolata mediante
l’eccitazione;
• Sistema “brushless” costituito da una
macchina sincrona ad indotto rotante con
ponte raddrizzatore a diodi anch’esso
rotante;
• Eccitatrice statica costituita da un ponte
raddrizzatore a tiristori.
ALTRI MEZZI PER DIMINUIRE LE
REATTANZE DELLA RETE
• Adozione di capacità connesse in serie
(compensazione serie delle linee);
ADOZIONE DELLA
COMPENSAZIONE SERIE
xt=0.1 p.u.
xs=1 p.u.
xt = 1.4 p.u.
xt = 1.25 p.u.
xl=0.3 p.u.
(con una sola linea)
(con due linee in parallelo)
COMPENSAZIONE SERIE
xC
xL
xC
x = xL- 2 xC
OSSERVAZIONE 1
La compensazione serie viene
normalmente indicata come
percentuale della reattanza induttiva
complessiva della linea compensata.
Ad esempio una “compensazione serie
del 20%” si ottiene ponendo in serie
alla linea una o più capacità che hanno
una reattanza capacitiva complessiva
pari al 20% della reattanza di linea.
E’ ovvio che in tal modo la reattanza
equivalente viene diminuita del 20%.
OSSERVAZIONE 2
La percentuale di compensazione serie
normalmente adottata non supera il
50%. Al crescere della compensazione
capacitiva serie si possono verificare
fenomeni indesiderati che vanno
evitati.
MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA
POTENZA REATTIVA TRANSITANTE
NEI COMPONENTI IL SISTEMA
• Banchi di condensatori ad inserzione
controllata;
• Macchine sincrone funzionanti come
“compensatori”;
• Reattori saturabili e capacità;
• Reattori controllati e capacità (S.V.C.)
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
P, Q-Qc
P, Q
Qc
MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA
POTENZA REATTIVA TRANSITANTE
NEI COMPONENTI IL SISTEMA CON
POSSIBILITA’ DI REGOLAZIONE
CONTINUA
• Compensatori sincroni;
• Reattori controllati e capacità.
COMPENSATORI SINCRONI
Xs
I
+
E
V
-
COMPENSATORI SINCRONI
(funzionamento in sovraeccitazione)
E
Xs
I
V
+
E
V
I
COMPENSATORI SINCRONI
(funzionamento in sottoeccitazione)
Xs
I
V
+
V
E
E
I
I
COMPENSATORI
SINCRONI
NECESSITANO OVVIAMENTE DI
UN SISTEMA DI REGOLAZIONE
DELLA
POTENZA
REATTIVA
EROGATA (O ASSORBITA !) DEL
TIPO
PRECEDENTEMENTE
DESCRITTO.
REATTORI SATURABILI
F
i
TENSIONE FLUSSO E CORRENTE IN
UN REATTORE SATURABILE
V
I
F
q=wt
CARATTERISTICA TENSIONE CORRENTE
IN UN REATTORE SATURABILE
V
I
REATTORI SATURABILI E CAPACITA’
V
IL
IC
I
I SISTEMI A REATTORI SATURABILI E
CAPACITA’ SONO “AUTOREGOLANTI” E
NON HANNO QUINDI NECESSITA’ DI UN
SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA
POTENZA REATTIVA
REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI
(S.V.C.)
1
1’
POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI
REATTORI CONTROLLATI
Q
a (rad)
REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI
(S.V.C.)
1
1’
POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI
REATTORI CONTROLLATI E
CAPACITA’ IN PARALLELO
Q
QC
a (rad)
I SISTEMI A REATTORI CONTROLLATI A
TIRISTORI
(SVC)
NECESSITANO
OVVIAMENTE DI UN SISTEMA DI
REGOLAZIONE
DELL’ANGOLO
DI
COMMUTAZIONE “a” E QUINDI DELLA
POTENZA
REATTIVA
EROGATA
O
ASSORBITA.
I COMPENSATORI STATICI COSTITUISCONO
UN SISTEMA TRIFASE USUALMENTE
COLLEGATO A TRIANGOLO
1
2
3
TRASFORMATORI A RAPPORTO
VARIABILE
N1
N2
m = N1 /N2
EFFETTI DELL’UTILIZZO DI UN
TRASFORMATORE A RAPPORTO
VARIABILE
ESEMPIO DI UTILIZZO DI UN
TRASFORMATORE A RAPPORTO
VARIABILE
P, Q
R
m:1
COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DI
REGOLAZIONE DI TENSIONE A
FRONTE DI VARIAZIONI RAPIDE DI
PRELIEVO
• Se la variazione della potenza prelevata
dal carico (soprattutto potenza reattiva) è
molto rapida (e ciò accade in certi
utilizzatori industriali), i regolatori dei
dispositivi di compensazione ora descritti
non sono in grado di intervenire
tempestivamente.