marco frabetti

Rifasamento elettrico per limitare i
consumi elettrici
Ing. Marco Frabetti
Sotto Gruppo Condensatori
1° Giornata dell’efficienza energetica in
ambito industriale
Rimini 7 novembre 2013
INDICE
•
•
•
•
Introduzione
Principali Obiettivi
Criteri di dimensionamento
Rifasamento in presenza di impianti solari
2
Introduzione
Nei circuiti elettrici la corrente risulta in fase con la tensione solamente nel caso di carichi
puramente resistivi,
resistivi, risulta invece in ritardo quando i carichi sono induttivi (motori, trasformatori a
vuoto) e in anticipo quando il carico è capacitivo (condensatori).
P
cosϕ =
A
La Potenza Reattiva (Q) non trasmette una potenza realmente utilizzabile, ma è legato ad una
reale corrente addizionale che forza il fornitore dell’energia a sovradimensionare le proprie
infrastrutture. Per questa ragione una potenza reattiva eccessiva viene pesantemente conteggiata
nella bolletta.
Il parametro che definisce l’assorbimento di potenza reattiva è il Fattore di Potenza
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Principali Obiettivi
Il fattore di potenza è dunque un indice della qualità dell’impianto, poiché tanto più è basso il
fattore di potenza, tanto più elevata è la componente reattiva induttiva in rapporto a quella
attiva.
Un sistema di rifasamento, connesso in parallelo ai carichi, riduce il valore della potenza reattiva
induttiva che deve essere fornita dal gestore del servizio elettrico locale, portando così alla riduzione o al
totale abbattimento degli addebiti per eccessivo assorbimento di potenza reattiva.
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Principali Obiettivi
In aggiunta agli immediati effetti di risparmio,
risparmio il rifasamento offre ulteriori importanti vantaggi
tecnici.
Un aumento del cosc riduce considerevolmente le perdite per potenza dissipata sulle linee di
trasmissione, con la seguente riduzione del processo di invecchiamento.
Principali Obiettivi
Aumentare il cos φ da 0,7 a 1 significa:
•
riduzione del 50% dei costi legati alle perdite ohmiche sulla rete
•
aumento del 50% della corrente disponibile sulla rete
Significa risparmiare centinaia di migliaia di tonnellate di combustibile e rendere disponibili alcune
centrali e centinaia di cabine di trasformazione.
L’aumento del cosc porta alla riduzione delle cadute di tensione in linea, assicurando così un migliore
funzionamento generale.
Criteri di dimensionamento
Per dimensionare correttamente un sistema di rifasamento si devono tenere in considerazione sia gli
aspetti qualitativi che quantitativi dei carichi:
1) Potenza reattiva nominale (kVAr) da installare – analisi dei consumi
2) Condizioni di esercizio attese (Tensione, Armoniche) – analisi della rete
Rifasamento Distribuito: soluzione proponibile se la maggior parte della potenza reattiva è concentrata su
pochi carichi di elevata potenza
Rifasamento Centralizzato: soluzione migliore nel caso di sistemi di carico variabile
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Criteri di dimensionamento
Qc = P x K
K COEFFICENT
Tgφ
Target Cos φ
Cos φ
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89
0,90
0,91
0,92
0,93
0,94
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99
1,00
1,17
0,65
0,549
0,576
0,602
0,629
0,657
0,685
0,714
0,743
0,774
0,806
0,840
0,877
0,919
0,966
1,027
1,169
1,14
0,66
0,519
0,545
0,572
0,599
0,626
0,654
0,683
0,712
0,743
0,775
0,810
0,847
0,888
0,935
0,996
1,138
1,11
0,67
0,488
0,515
0,541
0,568
0,596
0,624
0,652
0,682
0,713
0,745
0,779
0,816
0,857
0,905
0,966
1,108
1,08
0,68
0,459
0,485
0,512
0,539
0,566
0,594
0,623
0,652
0,683
0,715
0,750
0,787
0,828
0,875
0,936
1,078
1,05
0,69
0,429
0,456
0,482
0,509
0,537
0,565
0,593
0,623
0,654
0,686
0,720
0,757
0,798
0,846
0,907
1,049
1,02
0,70
0,400
0,427
0,453
0,480
0,508
0,536
0,565
0,594
0,625
0,657
0,692
0,729
0,770
0,817
0,878
1,020
0,99
0,71
0,372
0,398
0,425
0,452
0,480
0,508
0,536
0,566
0,597
0,629
0,663
0,700
0,741
0,789
0,849
0,992
0,96
0,72
0,344
0,370
0,397
0,424
0,452
0,480
0,508
0,538
0,569
0,601
0,635
0,672
0,713
0,761
0,821
0,964
0,94
0,73
0,316
0,343
0,370
0,396
0,424
0,452
0,481
0,510
0,541
0,573
0,608
0,645
0,686
0,733
0,794
0,936
0,91
0,74
0,289
0,316
0,342
0,369
0,397
0,425
0,453
0,483
0,514
0,546
0,580
0,617
0,658
0,706
0,766
0,909
0,88
0,75
0,262
0,289
0,315
0,342
0,370
0,398
0,426
0,456
0,487
0,519
0,553
0,590
0,631
0,679
0,739
0,882
0,86
0,76
0,235
0,262
0,288
0,315
0,343
0,371
0,400
0,429
0,460
0,492
0,526
0,563
0,605
0,652
0,713
0,855
Criteri di dimensionamento
Rifasamento dei motori asincroni trifase
Rated Power
Rotation speed (rpm)
kW
HP
3000
1500
1000
750
22
30
6
8
9
10
kVAr
30
40
7.5
10
11
12.5
kVAr
37
50
9
11
12.5
16
kVAr
45
60
11
13
14
17
kVAr
55
75
13
17
18
21
kVAr
75
100
17
22
25
28
kVAr
--
--
--
--
--
--
--
355
482
67
76
86
98
kVAr
400
544
78
82
97
106
kVAr
450
610
87
93
107
117
kVAr
Criteri di dimensionamento
Rifasamento dei trasformatori MT/BT
Transformer Power
Oil Transformer
Resin Cast Trasformers
kVA
kVAr
kVAr
20
2
1,7
75
5
2,5
160
7
4
10
50
100
--
1
4
5
--
1,5
2
2,5
--
1600
35
22
2500
50
35
2000
3150
40
60
25
50
Rifasamento in presenza di impianti solari
È noto il proliferare degli impianti fotovoltaici in molti contesti industriali di bassa
tensione.
L’introduzione di questa ulteriore fornitura di energia, porta una variazione delle
caratteristiche elettriche del sistema.
Le principali problematiche sono:
1- aumento della distorsione armonica dovuta alla presenza di inverter del sistema FTV
2- diminuzione del cosfi lato ENEL dovuto alla diminuzione della potenza attiva erogata
(perché fornita dal FTV), mantenendo costante la potenza reattiva (non fornibile dal FTV)
Rifasamento in presenza di impianti solari
Alcuni casi pratici:
1)
Utenza tradizionale (no FTV)
In caso di impianto elettrico “passivo”, la potenza attiva Pu e la potenza reattiva Qu richieste
dalle utenze vengono prelevate dalla rete.
Nella bolletta mensile dell’energia, vengono applicate delle penali se l’energia reattiva totale
prelevata dalla rete supera la metà dell’energia attiva (vedasi la Delibera 348/07
dell’AEEG*). In tal caso dovrà essere installato un rifasatore con potenza reattiva
capacitiva adeguata, che porti il cos phi medio mensile almeno a 0,9: la condizione
minima per non pagare le suddette penali.
Rifasamento in presenza di impianti solari
Alcuni casi pratici:
2) Utenza passiva a cui viene aggiunto un impianto fotovoltaico
Se viene aggiunto un impianto fotovoltaico in grado di fornire una potenza attiva Pf, la
potenza attiva assorbita dalla rete (Pr) è data dalla differenza tra la potenza richiesta dalle
utenze (Pu) in un determinato istante e la contestuale potenza fornita dal fotovoltaico (Pf)
e consumata dall’impianto.
Se l’inverter funziona a cos phi unitario, la potenza reattiva Qu continua ad essere fornita
integralmente dalla rete:
il cos phi medio globale dell’impianto risulta essere inferiore a quello dello stesso impianto
senza fotovoltaico
Rifasamento in presenza di impianti solari
Analizziamo le tre casistiche possibili:
se l’impianto fotovoltaico è allacciato a valle del rifasatore (ovvero a valle del punto in cui
è installato il suo TA), quest’ultimo valuterà l’effettivo cos phi dell’impianto visto dalla rete.
A causa dell’abbassamento del cos phi medio globale, il rifasatore esistente potrebbe
risultare insufficiente.
Possibili soluzioni sono le seguenti
- alzare il cos phi target del rifasatore esistente (ad esempio portandolo a 0,98).
- sostituire il rifasatore con uno di potenza superiore.
- aggiungere al rifasatore esistente un rifasatore integrativo (con opportuni accorgimenti sulle
temporizzazioni di entrambi).
a)
Rifasamento in presenza di impianti solari
b)
se l’impianto fotovoltaico viene allacciato a monte del rifasatore (ovvero a monte del
punto in cui è installato il suo TA), quest’ultimo non valuterà l’effettivo cos phi
dell’impianto.
Per avere con certezza il cos phi di 0,9 nel punto di allacciamento alla rete ed evitare così le
penali, bisognerà installare un rifasatore con a bordo una potenza reattiva pari al valore
massimo richiesto dall’impianto; il cos phi target del rifasatore dovrà essere impostato a 1.
Rifasamento in presenza di impianti solari
c) se l’impianto fotovoltaico ha una potenza maggiore di quella delle utenze, o se comunque
è possibile che venga immessa potenza in rete, il rifasatore (ovvero il suo TA) dovrà
essere preferibilmente a monte del punto di allacciamento dell’impianto fotovoltaico (in
caso contrario, basterà spostare il TA oppure ricondursi al caso b), ove possibile).
Il rifasatore dovrà inoltre essere in grado di funzionare su quattro quadranti ovvero
1) i due quadranti “standard”, relativi al funzionamento dell’impianto come utenza che assorbe
dalla rete sia potenza attiva che potenza reattiva induttiva (quadranti di funzionamento
normale).
2) i due quadranti relativi al funzionamento dell’impianto come generatore che fornisce alla
rete potenza attiva ma assorbe potenza reattiva induttiva (quadranti di generazione).
E’ consigliabile inserire un valore pari ad 1, per ottimizzare la resa dell’impianto.
Rifasamento in presenza di impianti solari
Concludendo per la scelta dei rifasatori:
1- prevedere apparecchiature di rifasamento dotati di induttanze di filtro armonico.
Anche se le utenze dell’impianto non sono inquinanti, il rifasatore potrebbe creare problemi
di funzionamento allo stadio di uscita dell’inverter che “pilota” l’impianto fotovoltaico
2- considerare un sovradimensionamento della potenza reattiva necessaria e aumentare il
cosfi obiettivo a 0.98
3- A parità delle altre caratteristiche, preferire un rifasatore con più alto numero di gradini:
regolerà meglio il cosphi, evitando le penali imposte dall’Autorità per l’Energia.
4- Nel calcolo del rifasamento, fare riferimento alla potenza contrattuale per evitare che
l’eventuale aggiunta di nuovi carichi renda il rifasamento insufficiente.
5- Porre particolare attenzione alla struttura dell’impianto
Grazie per l’attenzione
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