Impianti di
rifasamento
automatici in
presenza di
armoniche. Problemi
e soluzioni.
P.I. MB
16/06/2011
Per. Ind. Borgonovo Roberto
1
Cosa significa rifasare
•
Per molti tipi di utilizzatori (motori, lampade fluorescenti, forni ad induzione,
ecc), parte della potenza apparente, detta potenza reattiva induttiva (Q), è
utilizzata per eccitare circuiti magnetici, quindi non può essere utilizzata per
svolgere un lavoro.
•
Conseguentemente a ciò, un utilizzatore con basso fattore di potenza,
richiede alla rete di distribuzione elettrica, più potenza apparente, quindi più
corrente, rispetto un utilizzatore con fattore di potenza più elevato.
•
Al fine di contenere le cadute di tensione e le perdite di rete, per evitare
quindi maggiori oneri relativi al sovradimensionamento, i distributori di
energia elettrica prevedono l’applicazione di penali per basso fattore di
potenza; il fattore di potenza medio mensile deve essere superiore a 0,9.
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Cosa significa rifasare
• Per non vedersi applicata la penale per basso fattore di potenza, gli
utenti elettrici, devono “portare” il loro fattore di potenza ad un valore
superione a 0,9 ma inferiore a 1;
•
questa operazione si chiama “RIFASAMENTO”.
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Come mi accorgo se è
necessario rifasare ?
• Il primo elemento che necessario verificare è la fattura di energia
elettrica (vedi box):
A volte il valore del
cos φ non viene
riportato
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Come mi accorgo se è
necessario rifasare ?
• Se il valore del cos φ non è riportato devo verificare la necessità di
rifasamento in altro modo:
1. Verifico i valori potenza attiva, di
energia attiva ed energia reattiva
misurata dai contatori dell’ente
distributore ed eseguo la seguente
operazione.
kW
kVAR/h
kWh
2. Divisione tra valore energia reattiva
e valore energia attiva.
- tan φ = kVARh/kWh (RA in tab.)
- cerco il relativo valore del cos φ
con l’ausilio della tabella successiva
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Come mi accorgo se è
necessario rifasare ?
Ricerco il valore di tan φ (prima ottenuto con la divisione) e ricavo il
relativo valore del cos φ.
Se il valore
del cos φ
è inferiore
a 0,9
occorre
rifasare
Per esempio
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Devo rifasare !! Ora ?
DEVO scegliere la macchina più indicata per rifasare.
DO per scontato che la macchina sarà del tipo AUTOMATICA.
Il tipo di rifasamento sarà del tipo CENTRALIZZATO
Ora mi si presentano 2 strade:
1. Effettuo un dimensionamento della stessa con l’ausilio delle fatture
di energia elettrica;
2. Effettuo un dimensionamento effettuando delle misure (scelta
migliore);
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Tipologie rifasamento
Centralizzato
Distribuito
Per gruppi
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Dimensionamento con fattura
e.e.
Nel sito di installazione DEVONO essere verificare ad appurate le
seguenti condizioni:
1. NON DEVONO essere presenti motori con INVERTER, oppure
possono ESSERE presenti motori con inverter SOLO di piccola
potenza;
2. NON DEVONO essere presenti apparecchiature / macchine dotate
di elettronica, oppure possono ESSERE presenti apparecchiature /
macchine dotate di elettronica in quantità LIMITATA;
3. NON DEVONO essere presenti macchine funzionanti in corrente
continua, oppure possono ESSERE presenti macchine funzionanti
in corrente continua ma SOLO di piccola potenza.
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Dimensionamento con fattura
e.e
Se le condizioni esposte nella pagina precedente SONO TUTTE
SODDISFATTE, allora è possibile procedere con un
dimensionamento della nuova apparecchiatura di rifasamento,
fermo restando che lo stesso, sicuramente non risulterà essere
ottimale in quanto che alcuni parametri verranno solo stimati e
non misurati.
•
•
•
•
P.I. MB
Prendo nota quindi dei seguenti dati dalla fattura di e.e.:
Consumo energia reattiva (kVARh);
Consumo energia attiva (kWh);
Potenza attiva (kW);
Fattore di potenza (se presente altrimenti lo valuto con la tabella
presente a pag.7 o seguente) .
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Dimensionamento con fattura
e.e
Definito il cos φ
dell’impianto vado a
trovare il coefficiente K
moltiplicativo della
potenza attiva misurata
dal contatore di e.e.
(vedi tabella pagina
seguente).
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Dimensionamento con fattura
e.e
Incrocio i dati al fine di
trovare il coefficiente K
(per rifasare a cos φ
0,92 o 0,94)
moltiplicativo della
potenza attiva.
Moltiplicando il valore di P
per il coeff. K trovo la
potenza necessaria per
rifasare, riferita alla
tensione di rete.
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Dimensionamento con fattura
e.e
Se nel sito:
NON sono presenti INVERTER, AZIONAMENTI, ALIMENTATORI IN C.C.
Si sceglieranno apparecchiature di rifasamento con tensione nominale pari
a 400 V.
SONO PRESENTI in quantità limitata INVERTER, AZIONAMENTI,
ALIMENTATORI in c.c.
Si sceglieranno apparecchiature di rifasamento con tensione nominale
superione (indicativamente, ma dipende dalle case costruttrici, a 420 V o
440 V).
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ESEMPIO Dimensionamento
con fattura e.e
P= 43 kW
ER= 15.211 kVARh
EA= 14.534 kWh
Cos φ= 0,691
ER/EA= RA = 1,04 cos φ= 0,69
P = 43 kW
K ----> da tabella precedente da cos φ 0,691 a cos φ 0,94 = 0,69
Q = P * K = 43 * 0,69 = 29,67 kVAR
Pot. Rifasamento a 400 V circa 30 kVAR
Pot. Rifasamento a 440 V circa 38 kVAR (Q a 400 V * 4402/4002)
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Dimensionamento con misura
E’ il metodo migliore in quanto si possono misurare tutti i parametri
elettrici necessari al fine del dimensionamento corretto
dell’apparecchiatura di rifasamento automatica, quali:
1.
Tensione di rete;
2.
Potenza assorbita reale;
3.
Fattore di potenza medio e massimo;
4.
Livello di armoniche presenti;
5.
Ecc.
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Dimensionamento con misura
Lo strumento di misura DEVE essere collegato subito a valle del
contatore di energia elettrica oppure a monte del quadro elettrico
generale, inoltre:
1.
DEVE essere verificato l’esatto inserimento (esatta
corrispondenza tra pinza amperometrica e puntali di tensione);
2.
Senso ciclico corretto;
3.
Rapporti di trasformazione per TA aggiuntivi corretti;
4.
Ecc.
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Dimensionamento con misura
A questo punto è possibile iniziare la misura.
La stessa dovrà avere una durata tale da misurare
situazioni di funzionamento differenti, per
esempio:
1.
A basse potenza attive assorbite, con alti valori
di fattore di potenza;
2.
Ad alte potenza attive assorbite, con bassi
fattori di potenza;
3.
Misura di armoniche presenti;
4.
Ecc.
Indicativamente la durata di una misura può essere compresa tra 1 ora
circa fino ad un massimo anche di alcuni giorni.
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Dimensionamento con misura
A seconda dello strumento / analizzatore di rete
utilizzato, vengono rilasciati report di tipo cartaceo
o su supporto informatico; a seguito di ciò posso
analizzare gli stessi e ricavare:
•
•
•
•
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Tensione di rete trifase (media);
Fattore di potenza (medio);
Potenza attiva reale (media)
Distorsione armonica complessiva (TDH%).
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ESEMPIO Dimensionamento
con misura
Dai dati misurati sono emersi i seguenti valori:
P= 253 kW
U= 385 V
Cos φ= 0,75
TDH%I= 5 %
TDH%V= 1 %
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ESEMPIO Dimensionamento
con misura
PASSO N°1
P = 253 kW
K ----> da tabella precedente (pag. 13) da cos φ 0,75 a cos φ 0,94 =
0,52
Q = P * K = 253 * 0,52 = 131,567 kVAR
Potenza rifasamento a 385 V circa 132 kVAR
PASSO N°2
Verifico sul catalogo del quadro di rifasamento automatico, la tensione
nominale dei condensatori per un TDH%I pari al 5%
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ESEMPIO Dimensionamento
con misura
PASSO N°3
Ricalcolo la potenza reattiva necessaria a rifasare l’impianto (prima
calcolata a circa 132 kVAR) alla tensione di riferimento del quadro
di rifasamento.
PASSO N°4
In base al catalogo e al TDH% stabilisco che la tensione di riferimento
del quadro di rifasamento sarà pari a 440 V.
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ESEMPIO Dimensionamento
con misura
Q quadro= Q * ( Urif2 / Urete2 ) = 131 * ( 4402 / 3852 ) = 131 * (193.600/148.225) =
131 *1,306 = 171 kVAR
PASSO N° 5
Il quadro di rifasamento che si andrà a scegliere dovrà avere una potenza
reattiva pari a 180 kVAR con condensatori aventi tensione nominale di 440
V adatto per TDH% inferiori al 5 % .
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Quando in una rete elettrica in c.a. tensione e correnti
non sono più sinusoidali a causa della presenza di
circuiti magnetici in saturazione o impedenze non
lineari, i loro andamenti nel tempo, possono essere
considerati come ottenuti dalla somma di un’onda
sinusoidale detta “fondamentale” e da più onde
sinusoidali a frequenze più alte dette “armoniche”.
La presenza di armoniche in una rete con condensatori, provoca sul
condensatore stesso un sovraccarico di valore:
It = I12 + I22 + ….. Ih2
Dove It è la corrente totale, I1 è la corrente a 50 hz, I2 è la corrente
dell’armonica di secondo ordine, Ih è la corrente dell’armonica di
ordine h.
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
La situazione peggiore, si ha quando si è una condizione di risonanza
parallelo.
La frequenza di risonanza, è la frequenza per cui la reattanza induttiva
della rete è uguale alla reattanza capacitiva dei condensatori di
rifasamento.
Pertanto quando la frequenza della corrente armonica coincide con
quella che porta in risonanza il sistema condensatore-rete, la
corrente nel circuito elettrico aumenta anche se la tensione resta
costante .
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Gli inconvenienti che si possono riscontrare sono quindi i seguenti:
• Sovraccarichi nei condensatori delle batterie di rifasamento;
• Sovraccarico nell’eventuale condensatore di neutro;
• Perdite addizionali nei trasformatori e nei motori;
• Errori di misura;
• Interventi intempestivi nei relè di protezione;
• Disturbi nella apparecchiature elettroniche;
• Ecc.
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Nel momento in cui viene eseguita una misura, ci si rende conto del
livello armonico presente nel tempo nell’impianto elettrico, si DEVE
tener conto comunque che l’inserimento nella rete elettrica di
condensatori, porterà il sistema, irrimediabilmente a modificarsi e
quindi ogni variazione futura di uno dei due parametri (capacità e
induttanza), potrà portare il sistema ad entrare in risonanza con tutte
le problematicità sopra elencate.
(vedi grafico seguente)
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Avanzamento dopo
misura
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Per meglio definire se un impianto di rifasamento necessita di
accorgimenti per ridurre il rischio di risonanza nella pagina seguente
è stato riportato un flow chart da seguire, fermo restando la
possibilità di definire i carichi potenzialmente distorcenti.
(vedi grafico seguente)
Dove:
• At è la potenza del trasformatore MT/BT
• Qr è la potenza del quadro di rifasamento adottato
• TDH% è l’indice di distorsione armonica nel punto di installazione del QE di
rifasamento (in caso di mancanza di questo dato, moltiplicare per 30 il
rapporto tra la potenza dei carichi distorcenti e la potenza di tutti i carichi)
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Quindi:
• Per impianti con contenuto armonico da basso ad alto ma in assenza di
risonanza è sufficiente utilizzare condensatori aventi tensione nominale
sempre maggiore:
•400 V;
•420 V:
•440 V;
•500 V;
•ecc.
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Invece:
• Per impianti con contenuto armonico elevato ed in presenza di pericolo di
risonanza o risonanza accertata già al momento di misura, è necessario
adottare quadri di rifasamento con bobine di disaccoppiamento o di
antirisonanza:
•420 V + bobina;
•500 V + bobina;
•ecc.
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Ecco come è una bobina di disaccoppiamento o antirisonanza
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Armoniche cosa sono e come
gestire il rifasamento
Ecco cosa può succedere ad una bobina antirisonanza sottodimensionata
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Rifasamenti fissi (NON
AUTOMATICI)
Alcune apparecchiature è necessario rifasarle con impianti di rifasamento fissi al fine di
ridurre le perdite a vuoto, un esempio classico sono i trasformatori MT/BT.
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Termine presentazione
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