N O R M A
I T A L I A N A
CEI
Norma Italiana
CEI EN 61642
Data Pubblicazione
Edizione
1998-12
Prima
Classificazione
Fascicolo
33-19
4909
Titolo
Reti industriali in corrente alternata affette da armoniche - Applicazione di
filtri e di condensatori statici di rifasamento
Title
Industrial a.c. networks affected by harmonics -Application of filters and shunt
capacitors
NORMA TECNICA
APPARECCHIATURE ELETTRICHE PER SISTEMI DI ENERGIA E PER TRAZIONE
COMITATO
ELETTROTECNICO
ITALIANO
CNR CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE • AEI ASSOCIAZIONE ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA ITALIANA
SOMMARIO
La presente Norma fornisce indicazioni per l’utilizzazione dei filtri armonici passivi in in corrente alternata
e dei condensatori per la limitazione delle armoniche e per la correzione del fattore di potenza impiegati
nelle applicazioni industriali, a bassa e ad alta tensione. Le disposizioni contenute sono applicabili alle
armoniche il cui ordine sia maggiore di 1 e inferiore o uguale a 25. Scopo della Norma è di identificare i
problemi e fornire raccomandazioni per le applicazioni generali dei condensatori ed i filtri di armoniche
nelle reti di energia in corrente alternata affette dalla presenza di tensioni e di correnti armoniche.
DESCRITTORI • DESCRIPTORS
Condensatori • Capacitors; Condensatori statici di rifasamento • Shunts; Condensatori di potenza • Power
capacitors; Corrente alternata • Alternating current; Filtri • Electric filters; Definizioni • Definitions; Generalità •
Generalities;
COLLEGAMENTI/RELAZIONI TRA DOCUMENTI
Nazionali
Europei
Internazionali
(IDT) EN 61642:1997-10;
(IDT) IEC 61642:1997-09;
Legislativi
INFORMAZIONI EDITORIALI
Norma Italiana
CEI EN 61642
Stato Edizione
In vigore
Varianti
Nessuna
Ed. Prec. Fasc.
Nessuna
Comitato Tecnico
Approvata dal
Sottoposta a
Gruppo Abb.
ICS
Pubblicazione
Data validità
Norma Tecnica
1999-2-1
Carattere Doc.
Ambito validità
Europeo e Internazionale
Chiusa in data
1997-6-30
33-Condensatori
Presidente del CEI
in Data
1998-11-20
CENELEC
in Data
1997-10-1
inchiesta pubblica come Documento originale
3
Sezioni Abb.
B
31.060.99; 31.160;
CDU
LEGENDA
(IDT) La Norma in oggetto è identica alle Norme indicate dopo il riferimento (IDT)
© CEI - Milano 1998. Riproduzione vietata.
Tutti i diritti sono riservati. Nessuna parte del presente Documento può essere riprodotta o diffusa con un mezzo qualsiasi senza il consenso scritto del CEI.
Le Norme CEI sono revisionate, quando necessario, con la pubblicazione sia di nuove edizioni sia di varianti.
È importante pertanto che gli utenti delle stesse si accertino di essere in possesso dell’ultima edizione o variante.
Europäische Norm • Norme Européenne • European Standard • Norma Europea
EN 61642:1997-10
Reti industriali in corrente alternata affette da armoniche - Applicazione di
filtri e di condensatori statici di rifasamento
Industrial a.c. networks affected by harmonics -Application of filters and shunt
capacitors
Réseaux industriels à courant alternatif affectés par les harmoniques - Emploi de
filtres et de condensateurs shunt
Von Overschwingungen beeinflußte industrielle Wechselstromnetze - Anwendung
vbon Filtern und Parallelkondenstoren
CENELEC members are bound to comply with the
CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate
the conditions for giving this European Standard the
status of a National Standard without any alteration.
Up-to-date lists and bibliographical references concerning such National Standards may be obtained on
application to the Central Secretariat or to any
CENELEC member.
This European Standard exists in three official versions (English, French, German).
A version in any other language and notified to the
CENELEC Central Secretariat has the same status as
the official versions.
CENELEC members are the national electrotechnical
committees of: Austria, Belgium, Czech Republic,
Denmark, Finland, France, Germany, Greece, Iceland,
Ireland, Italy, Luxembourg, Netherlands, Norway,
Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and United
Kingdom.
© CENELEC Copyright reserved to all CENELEC members.
I Comitati Nazionali membri del CENELEC sono tenuti, in accordo col regolamento interno del
CEN/CENELEC, ad adottare questa Norma Europea,
senza alcuna modifica, come Norma Nazionale.
Gli elenchi aggiornati e i relativi riferimenti di tali Norme Nazionali possono essere ottenuti rivolgendosi al
Segretariato Centrale del CENELEC o agli uffici di
qualsiasi Comitato Nazionale membro.
La presente Norma Europea esiste in tre versioni ufficiali (inglese, francese, tedesco).
Una traduzione effettuata da un altro Paese membro,
sotto la sua responsabilità, nella sua lingua nazionale
e notificata al CENELEC, ha la medesima validità.
I membri del CENELEC sono i Comitati Elettrotecnici
Nazionali dei seguenti Paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Irlanda,
Islanda, Italia, Lussemburgo, Norvegia, Olanda, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna,
Svezia e Svizzera.
I diritti di riproduzione di questa Norma Europea sono riservati esclusivamente ai membri nazionali del CENELEC.
C E N E L E C
Comitato Europeo di Normalizzazione Elettrotecnica
Secrétariat Central:
Comité Européen de Normalisation Electrotechnique
European Committee for Electrotechnical Standardization rue de Stassart 35, B - 1050 Bruxelles Europäisches Komitee für Elektrotechnische Normung
CONTENTS
INDICE
Rif.
Topic
Argomento
1
GENERAL
Scope and object ...........................................................................
Normative references ..................................................................
Definitions ........................................................................................
General considerations ..............................................................
GENERALITÀ
1
Oggetto e scopo .............................................................................. 1
Riferimenti normativi ..................................................................... 2
Definizioni .......................................................................................... 2
Considerazioni generali ............................................................... 3
RESONANCE PROBLEMS AND SOLUTIONS
Introduction .....................................................................................
Supply impedance view, load-busbar impedance
view .....................................................................................................
Example of a series resonance ..............................................
Example of parallel resonance ...............................................
Solutions to avoid resonances ................................................
5
PROBLEMI E SOLUZIONI RELATIVI ALLA RISONANZA
Introduzione ...................................................................................... 5
Impedenza vista dall’alimentazione, impedenza vista
dalle sbarre di carico ..................................................................... 6
Esempio di una risonanza serie ............................................... 8
Esempio di risonanza parallelo ............................................. 11
Soluzioni per evitare le risonanze ....................................... 14
SHUNT CAPACITORS AND FILTERS FOR NETWORKS
HAVING A VOLTAGE UP TO AND INCLUDING 1000 V
Introduction .....................................................................................
Shunt capacitors ............................................................................
Detuned filter ..................................................................................
Tuned filter ......................................................................................
Components selection ................................................................
Disturbance of ripple control installations by shunt
capacitors and filters ...................................................................
CONDENSATORI DI RIFASAMENTO E FILTRI PER RETI CON
19
TENSIONE INFERIORE O UGUALE A 1000 V
Introduzione ................................................................................... 19
Condensatori di rifasamento .................................................. 19
Filtro non accordato ................................................................... 20
Filtro accordato ............................................................................. 20
Scelta dei componenti ............................................................... 22
Perturbazioni alle installazioni di telecomando
provocate dai condensatori di rifasamento e dai fltri 24
SHUNT CAPACITORS AND FILTERS FOR NETWORKS
HAVING A VOLTAGE ABOVE 1000 V
Introduction .....................................................................................
Specific requirements ..................................................................
Choice of power factor correction installation ...............
Type of filters ..................................................................................
Filter components selection .....................................................
Disturbance of ripple control installations by shunt
capacitors and filters ...................................................................
CONDENSATORI DI RIFASAMENTO E FILTRI PER RETI
28
AVENTI UNA TENSIONE SUPERIORE A 1000 V
Introduzione ................................................................................... 28
Prescrizioni specifiche ............................................................... 28
Scelta dell’impianto di rifasamento ..................................... 28
Tipi di filtri ...................................................................................... 29
Scelta dei componenti dei filtri ............................................. 29
Perturbazioni alle installazioni di telecomando causate
dai condensatori di rifasamento e dai filtri ..................... 31
BIBLIOGRAPHY
BIBLIOGRAFIA
34
Normative references to international
publications with their corresponding
European publications
Riferimenti normativi alle Pubblicazioni
Internazionali con le corrispondenti
Pubblicazioni Europee
35
1.1
1.2
1.3
1.4
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Pag.
ANNEX/ALLEGATO
A
ANNEX/ALLEGATO
ZA
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina iv
FOREWORD
PREFAZIONE
The text of document 33/255/FDIS, future edition 1 of IEC 61642, prepared by IEC TC 33,
Power capacitors, was submitted to the
IEC-CENELEC parallel vote and was approved
by CENELEC as EN 61642 on 1997/10/01.
Il testo del documento 33/255/FDIS, futura edizione 1 della Pubblicazione IEC 61642, preparato
dal Comitato Tecnico IEC TC 33, “Power capacitors”, è stato sottoposto al voto parallelo
IEC-CENELEC ed è stato approvato dal CENELEC
come EN 61642 in data 01/10/1997.
The following dates were fixed:
n
latest date by which the EN has to be implemented at national level by publication of
an identical national standard or by endorsement
(dop)
1998/07/01
n
latest date by which the national standards
conflicting with the EN have to be withdrawn
(dow)
1998/07/01
Sono state fissate le seguenti date:
n
data ultima entro la quale la EN deve essere
recepita a livello nazionale mediante pubblicazione di una Norma nazionale identica o
mediante adozione
(dop)
01/07/1998
n
data ultima entro la quale le Norme nazionali
contrastanti con la EN devono essere ritirate
Annexes designated “normative” are part of the
body of the standard.
Annexes designated “informative” are given for
information only.
In this standard, annex ZA is normative and annex A is informative.
Annex ZA has been added by CENELEC.
Gli allegati indicati come “normativi” sono parte
integrante della Norma.
Gli Allegati indicati come “informativi” sono dati
solo per informazione.
Nella presente Norma, l’Allegato ZA è normativo
e l’Allegato A è informativo.
L’Allegato ZA è stato aggiunto dal CENELEC.
ENDORSEMENT NOTICE
AVVISO DI ADOZIONE
The text of the International Standard
IEC 61642:1997 was approved by CENELEC as a
European Standard without any modification.
In the official version, for annex A, Bibliography, the following notes have to be added for
the standards indicated:
Il testo della Pubblicazione IEC 61642:1997 è stato
approvato dal CENELEC come Norma Europea
senza alcuna modifica.
Nella versione ufficiale, nell’Allegato A, Bibliografia, sono state aggiunte le seguenti note per le
Norme sotto indicate:
IEC 60110
IEC 60110
Note/Nota Harmonized as HD 207 S1:1977 (not modified).
IEC 60143
Note/Nota Harmonized in the EN 60143 series.
IEC 60358
Note/Nota Harmonized as HD 597 S1:1992 (not modified).
IEC 60252
Note/Nota Harmonized as EN 60252:1994 (modified).
IEC 61048
(dow)
01/07/1998
Armonizzata come HD 207 S1:1977 (non modificata).
IEC 60143
Armonizzata nella serie EN 60143.
IEC 60358
Armonizzata come HD 597 S1:1992 (non modificata).
IEC 60252
Armonizzata come EN 60252:1994 (modificata).
IEC 61048
EN 61048:1993 (modified).
Armonizzata, insieme al suo corrigendum 1992, come
EN 61048:1993 (modificata).
IEC 61049
IEC 61049
Note/Nota Harmonized, together with its corrigendum 1992, as
EN 61049:1993 (modified).
Armonizzata, insieme al suo corrigendum 1992, come
EN 61049:1993 (modificata).
IEC 60056
IEC 60056
Note/Nota Harmonized, together with its corrigendum 1992, as
Note/Nota Harmonized, together with its amendments 1:1992 and
2:1995, as HD 348 S6:1995.
Armonizzata, insieme alle sue Modifiche 1:1992 e 2:1995,
come HD 348 S6:1995.
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina v
IEC 60255-6
Note/Nota Harmonized as EN 60255-6:1994 (modified).
IEC 60265-1
Note/Nota Harmonized, together with its amendments 1:1984 and
IEC 60255-6
Armonizzata come EN 60255-6:1994 (modificata).
IEC 60265-1
2:1994, as HD 355.1 S3:1995 (not modified).
Armonizzata, insieme alle sue Modifiche 1:1984 e 2:1994,
come HD 355.1 S3:1995 (non modificata).
IEC 60265-2
IEC 60265-2
Note/Nota Harmonized, together with its corrigendum 1990, as
EN 60265-2:1993 (not modified).
Armonizzata, insieme al suo corrigendum 1990, come
EN 60265-2:1993 (non modificata).
IEC 60269
IEC 60269
Note/Nota Harmonized in the EN 60269 series and in the HD 630 se-
Armonizzata nella serie 60269 e nella serie HD 630.
ries.
IEC 60282
Note/Nota Harmonized as EN 60282-1:1996 (not modified) and as
HD 636 S1:1996 (not modified).
IEC 60289
Note/Nota Harmonized as EN 60289:1994 (modified).
IEC 60831-1
Note/Nota Harmonized as EN 60831-1:1996 (not modified).
IEC 60871-1
Note/Nota Harmonized as HD 525.1 S1:1989 (not modified).
IEC 60871-2
Note/Nota Harmonized as HD 525.2 S1:1989 (not modified).
IEC 60931-1
Note/Nota Harmonized as EN 60931-1:1996 (not modified).
IEC 61000-2-2
Note/Nota Harmonized as ENV 61000-2-2:1993 (modified).
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina vi
IEC 60282
Armonizzata come EN 60282-1:1996 (non modificata) e come
HD 636 S1:1996 (non modificata).
IEC 60289
Armonizzata come EN 60289:1994 (modificata).
IEC 60831-1
Armonizzata come EN 60831-1:1996 (non modificata).
IEC 60871-1
Armonizzata come HD 525.1 S1:1989 (non modificata).
IEC 60871-2
Armonizzata come HD 525.2 S1:1989 (non modificata).
IEC 60931-1
Armonizzata come EN 60931-1:1996 (non modificata).
IEC 61000-2-2
Armonizzata come ENV 61000-2-2:1993 (modificata).
1
GENERAL
GENERALITÀ
1.1
Scope and object
Oggetto e scopo
This International Standard gives guidance for
the use of passive a.c. harmonic filters and
shunt capacitors for the limitation of harmonics
and power factor correction intended to be
used in industrial applications, at low and high
voltages. The measures proposed in this standard are applicable to harmonic orders greater
than 1 and up to and including 25.
La presente EN 61642 fornisce indicazioni per
l’utilizzazione dei filtri armonici passivi in corrente alternata e dei condensatori per la limitazione
delle armoniche e per la correzione del fattore di
potenza impiegati nelle applicazioni industriali, a
bassa e ad alta tensione. Le disposizioni contenute nella presente Norma sono applicabili alle armoniche il cui ordine sia maggiore di 1 e inferiore
o uguale a 25.
Vengono esclusi dalla presente Norma i condensatori seguenti:
n
condensatori per impianti di riscaldamento a
induzione utilizzati a frequenze comprese tra
40 e 24 000 Hz (EN 60110 [1](1));
n
condensatori per l’inserzione in serie destinati
ad essere installati nelle reti di energia
(EN 60143 [2]);
n
condensatori d’accoppiamento e divisori capacitivi (Pubblicazione IEC 60358 [3]);
n
condensatori destinati ad essere utilizzati nei
circuiti
di
elettronica
di
potenza
(EN 61071[4]);
n
condensatori per motori in corrente alternata
(EN 60252 [5]);
n
condensatori destinati ad essere utilizzati nei
circuiti con lampade fluorescenti tubolari ed
altre lampade a scarica (EN 61048[6] e
EN 61049[7]);
n
condensatori per la soppressione di radio interferenze;
n
condensatori destinati ad essere utilizzati in
diversi tipi di apparecchiature elettriche e perciò considerati come componenti;
n
condensatori destinati a essere utilizzati con
una tensione continua sovrapposta ad una
tensione alternata;
n
condensatori destinati ad essere utilizzati con
i forni ad arco.
The following capacitors are excluded from this
standard:
n
capacitors for inductive heat generating
plants, operating at frequencies between
40 Hz and 24000 Hz (see EN 60110 [1](1));
n
series capacitors for power systems (see
EN 60143 [2]);
n
n
coupling capacitors and capacitor dividers
(see IEC 60358 [3]);
power electronic capacitors (see EN 61071
[4]);
n
AC motor capacitors (see EN 60252 [5]);
n
capacitors for use in tubular fluorescent and
other discharge lamp circuits (see EN 61048
[6] and EN 61049 [7]);
n
capacitors for the suppression of radio interference;
capacitors intended to be used in various
types of electric equipment and thus considered as components;
capacitors intended for use with d.c. voltage
superimposed on a.c. voltage;
n
n
n
capacitors intended for use with arc furnaces.
The object of this standard is to identify problems and give recommendations for general applications of capacitors and a.c. harmonic filters
in a.c. power systems affected by the presence
of harmonic voltages and currents.
Lo scopo della presente Norma è di identificare i
problemi e fornire raccomandazioni per le applicazioni generali dei condensatori ed i filtri di armoniche nelle reti di energia in corrente alternata
affette dalla presenza di tensioni e di correnti armoniche.
(1)
(1)
Figures in square brackets refer to the bibliography given in annex A.
CEI EN 61642:1998-12
42
Le cifre tra parentesi quadre si riferiscono alla bibliografia fornita
nell’Allegato A.
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina 1 di 36
Normative references
Riferimenti normativi
The following normative documents contain
provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this International Standard. At the time of publication, the editions indicated were valid. All normative documents are
subjected to revision, and parties to agreements
based on this International Standard are encouraged to investigate the possibility of applying
the most recent editions of the normative documents indicated below(1). Members of IEC and
ISO maintain registers of currently valid International Standards.
I documenti normativi sottoelencati contengono
disposizioni che, tramite riferimento nel presente
testo, costituiscono disposizioni per la presente
Pubblicazione IEC. Al momento della pubblicazione della presente Norma, le edizioni indicate
erano in vigore. Tutti i documenti normativi sono
soggetti a revisione e le parti, che prendono accordi basati su questa Pubblicazione IEC, sono invitate a ricercare la possibilità di applicare le edizioni più recenti dei documenti normativi
sottoelencati(1). Presso i membri della IEC e
dell’ISO sono disponibili gli elenchi aggiornati
delle Norme in vigore.
Definitions
Definizioni
For the purpose of this International Standard,
the following definitions apply.
Ai fini della presente Pubblicazione IEC, si applicano le seguenti definizioni:
1.3.1
Harmonic
The component of the Fourier-series decomposition of a voltage or current periodic wave.
[IEV 161-02-18 modified]
Armonica
Una delle componenti ottenute dalla scomposizione nella serie di Fourier di un’onda periodica
di tensione o di corrente. [IEV 161-02-18 modificato]
1.3.2
Harmonic order, h
The ratio of the frequency of a harmonic (fh) to
the fundamental (rated) network frequency (f1).
[IEV 161-02-19 modified]
Ordine dell’armonica, h
Rapporto tra la frequenza di un’armonica (fh) e la
frequenza fondamentale (nominale) della rete
(f1). [IEV 161-02-19 modificato]
1.3.3
Characteristic harmonics
Those harmonics produced by static converters
in the course of theoretically ideal operation.
The characteristic-harmonic order of static
a.c./d.c. converters is given by h = mp ±1,
where p is the pulse number of the converter
and m is any integer. For example, the six-pulse
converter circuit has characteristic harmonics
with order numbers h = 5, 7, 11, 13, 17, 19…
Armoniche caratteristiche
Armoniche prodotte dai convertitori statici nel
corso del loro funzionamento teorico ideale. L’ordine delle armoniche caratteristiche dei convertitori statici c.a./c.c. è data da h = mp ±1, dove p è
l’indice di commutazione del convertitore e m è
un numero intero. Per esempio, un convertitore a
sei commutazioni produce armoniche caratteristiche aventi ordine h = 5, 7, 11, 13, 17, 19….
1.3.4
Non-characteristic harmonics
Those harmonics which are produced as a result of imbalance in the a.c. power system or
asymmetrical delay of firing angle of the converter. They are also produced by other non-linear, time-varying devices, for example frequency changers, fluorescent lamps, arc furnaces,
electric welding machines, etc.
Armoniche non caratteristiche
Armoniche che sono prodotte da uno squilibrio
nella rete di energia in corrente alternata o da un
ritardo asimmetrico dell’angolo di innesco del
convertitore. Esse sono anche prodotte da altri
dispositivi non lineari o variabili nel tempo, per
esempio variatori di frequenza, lampade fluorescenti, forni ad arco, saldatrici elettriche, ecc.
1.3.5
Power factor
The ratio of the active power to the apparent
power. [IEV 131-03-20]
Fattore di potenza
Rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente. [IEV 131-03-20]
1.3.6
Displacement factor
The ratio of the active power of the fundamental wave to the apparent power of the fundamental wave. [IEV 131-03-21 modified]
Fattore di sfasamento
Rapporto tra la potenza attiva alla frequenza fondamentale e la potenza apparente alla frequenza
fondamentale. [IEV 131-03-21 modificato]
(1)
(1)
1.2
1.3
Editor’s Note: for the list of Publications, see Annex ZA.
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina 2 di 36
N.d.R. Per l’elenco delle Pubblicazioni, si rimanda all’Allegato ZA.
1.3.7
Distortion factor
The ratio of the root-mean-square value of the
harmonic content to the root-mean-square value of the fundamental quantity, expressed as a
percentage of the fundamental. [IEV 131-03-04
modified
Fattore di distorsione
Rapporto tra il valore efficace del contenuto armonico e il valore efficace della fondamentale,
espresso in percento della fondamentale.
[IEV 131-03-04 modificato]
( somma dei quadrati dei valori efficaci delle armoniche ) 1 / 2
DF = ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 100 %
valore efficace della fondamentale
( sum of the the squares of r.m.s. values of the harmonics ) 1 / 2
DF = ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------r.m.s. value of the fundamental ---------------------------- 100 %
1.3.8
Filter
An equipment generally constituted of reactors,
capacitors and resistors if required, tuned to
present a known impedance over a given frequency range.
Filtro
Dispositivo generalmente costituito da reattori,
condensatori e resistori, se necessario, accordati
in modo da presentare una impedenza nota in
una data gamma di frequenza.
1.3.9
Tuning frequency
The frequency for which the filter impedance,
calculated from the rated values, has a minimum or maximum value.
Frequenza di accordo
Frequenza in corrispondenza della quale l’impedenza del filtro, calcolata considerando i valori
nominali, presenta un valore minimo o massimo.
1.3.10
Tuned filter
A filter with a tuning frequency which differs by
no more than 10% from the frequency which is
to be filtered.
Filtro accordato
Filtro la cui frequenza di accordo non differisce
più del 10% dalla frequenza che deve essere filtrata.
1.3.11
Detuned filter
A filter with a tuning frequency more than 10%
below the lowest harmonic frequency with considerable current/voltage amplitude.
Filtro non accordato
Filtro la cui frequenza di accordo è inferiore di
più del 10% della frequenza armonica più bassa
che presenta una notevole ampiezza in corrente/tensione.
1.3.12
Damped filter
A filter with low, predominantly resistive, impedance over a wide band of frequencies.
Filtro smorzato
Filtro che presenta una bassa impedenza, prevalentemente resistiva, in una larga banda di frequenze.
1.3.13
Ripple control installation
An installation to inject audio-frequency signals
into the high voltage (HV) network in order to
control receivers on the low voltage (LV) network.
Installazione di telecomando
Installazione destinata ad iniettare dei segnali in
audiofrequenza nella rete ad alta tensione (AT)
allo scopo di comandare dei ricevitori nella rete a
bassa tensione (BT).
1.3.14
Reference voltage
The voltage to which the impedance calculations are referred.
Tensione di riferimento
Tensione alla quale si riferiscono i calcoli dell’impedenza.
1.4
General considerations
Considerazioni generali
1.4.1
AC harmonics
Harmonic currents in power networks are produced, in general, when the loads are non-linear or time-varying. One of the main sources of
harmonics in industrial networks are static converters.
Armoniche in corrente alternata
Nelle reti di energia le correnti armoniche vengono generalmente prodotte quando i carichi sono
non lineari oppure variabili in funzione del tempo. Una delle principali sorgenti di armoniche
nelle reti industriali è costituita dai convertitori
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina 3 di 36
There are two groups of converter a.c. current
harmonics: characteristic and non-characteristic.
The characteristic harmonics correlate strongly
with the converter circuit and have a constant
frequency spectrum. Their magnitude is approximately in inverse proportion to the harmonic number.
The main sources of non-characteristic harmonics are frequency changers, although small
amounts of non-characteristic harmonics can result from system imbalances (voltage and impedance) and imbalance in the converter firing
angle.
The rectifiers for d.c. drives produce mostly
characteristic harmonics.
The effect of non-linear and time-varying loads
can be amplified under certain conditions of the
electrical supply-network, for example by resonances. Depending on the network conditions
and on the amplification effect of the resonances, the supply voltage can be distorted even in
electrical installations where non-linear and
time-varying loads are absent or represent a
small part of the total utility power.
Harmonics increase the losses in power networks and may affect the correct operation of
various equipments, in particular electronic circuits.
To keep the harmonic disturbances to an acceptable level, local requirements and national
and international standards may specify limits
for the harmonic distortion. For the reduction of
harmonic distortion, filters can be used.
1.4.2
Reactive power
In general, the reactive power flowing in networks is caused by inductive loads and static
converters.
In a network the power factor is determined by
the most economical use of the distribution system or is imposed by the utility. Penalties may
be imposed through the tariff structure for poor
power factor. It is therefore advisable to compensate the inductive reactive power by fitting
suitable compensating equipments.
For power factor correction shunt capacitors are
normally used. If there are harmonics in the
network, unwanted overvoltages and/or overcurrents can appear. In addition, ripple control
installations may be disturbed. In these cases,
filters can be used in place of shunt capacitors
alone.
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statici. Ci sono due tipi di correnti armoniche prodotte dai convertitori: armoniche caratteristiche
ed armoniche non caratteristiche. Le armoniche
caratteristiche dipendono fortemente dal circuito
del convertitore ed hanno uno spettro di frequenza costante. La loro ampiezza è approssimativamente inversamente proporzionale all’ordine
dell’armonica.
Le sorgenti principali delle armoniche non caratteristiche sono i variatori di frequenza, sebbene
piccole entità di armoniche non caratteristiche
possono provenire da reti squilibrate (tensione e
impedenza) e da uno squilibrio dell’angolo di innesco del convertitore.
I raddrizzatori per i variatori in corrente continua
producono prevalentemente armoniche caratteristiche.
L’effetto dei carichi non lineari e di quelli variabili
in funzione del tempo può essere amplificato, in
determinate condizioni della rete di alimentazione, per esempio per effetto di risonanze. In conseguenza delle condizioni della rete e dell’effetto
di amplificazione delle risonanze, la tensione di
alimentazione può essere distorta perfino in installazioni elettriche dove carichi non lineari o carichi variabili in funzione del tempo siano assenti
o rappresentino una piccola parte della potenza
totale assorbita.
Le armoniche aumentano le perdite nelle reti di
energia e possono influire negativamente sul corretto funzionamento delle varie apparecchiature,
in particolare dei circuiti elettronici.
Per mantenere i disturbi dovuti alle armoniche
entro livelli accettabili, prescrizioni locali e nazionali e norme internazionali possono specificare
dei limiti per la distorsione armonica. Per la riduzione della distorsione armonica possono essere
utilizzati i filtri.
Potenza reattiva
In generale, la potenza reattiva presente nelle reti
è causata da carichi induttivi e dai convertitori statici.
In una rete il fattore di potenza è determinato
dall’utilizzazione più economica della rete di distribuzione o è imposto dal distributore dell’energia. Penalità per un fattore di potenza troppo basso possono essere imposte tramite sistemi tariffari.
Di conseguenza è opportuno compensare la potenza reattiva mediante l’installazione di appropriate apparecchiature di compensazione.
Per la correzione del fattore di potenza sono normalmente utilizzati i condensatori di rifasamento.
Se ci sono armoniche nella rete, possono presentarsi sovratensioni e/o sovracorrenti indesiderate.
Inoltre le installazioni di telecomando possono risultare disturbate. In questi casi possono essere
utilizzati filtri al posto di soli condensatori di rifasamento.
2
RESONANCE PROBLEMS AND SOLUTIONS
PROBLEMI E SOLUZIONI RELATIVI ALLA
RISONANZA
2.1
Introduction
Introduzione
In electrical networks, different components are
connected together, for example generators,
power lines, cables, transformers, capacitors
and loads.
The impedance at any point of the network is
dependent on the frequency, on the components and on the configuration.
The series connection of an inductance and a
capacitance will result in a very low impedance
in a certain frequency range, close to the resonance frequency. This effect is called series resonance.
The parallel connection of an inductance and a
capacitance will result in a very high impedance
in a certain frequency range, close to the resonance frequency. This effect is called parallel
resonance.
Series resonance and parallel resonance may
occur in the same network over a wide range of
frequencies.
If harmonic voltage- or current-sources excite
such resonance circuits, an amplification of
voltages and currents may occur which can disturb, overload or even destroy network components.
An example of a simplified network and its
one-line diagram is shown in Fig. 1.
Le reti elettriche collegano tra loro componenti
diversi, per esempio generatori, linee, cavi, trasformatori, condensatori e carichi.
L’impedenza della rete in ogni suo punto dipende
dalla frequenza, dai componenti e dalla sua configurazione.
La connessione in serie di una induttanza con una
capacità comporta valori di impedenza molto bassi in una certa gamma di frequenza, prossima alla
frequenza di risonanza. Questo effetto è chiamato
risonanza serie.
La connessione in parallelo di una induttanza con
una capacità comporta valori di impedenza molto
alti in una certa gamma di frequenza, prossima
alla frequenza di risonanza. Questo effetto è chiamato risonanza parallelo.
Una risonanza serie e una risonanza parallelo
possono essere presenti nella stessa rete entro
una vasta gamma di frequenze.
Se sorgenti di armoniche di tensione o di corrente
eccitano tali circuiti risonanti, può verificarsi una
amplificazione delle tensioni e delle correnti che
può provocare disturbi, sovraccarichi e anche distruggere componenti della rete.
Un esempio di una rete semplificata e del suo
schema unifilare equivalente è mostrato in Fig. 1.
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Fig. 1
Simplified network and one-line diagram
Rete semplificata e schema unifilare
CAPTION
LEGENDA
a
b
c
d
e
a
b
c
d
e
Supply network
Supply - busbar
Transformer
Load - busbar
Capacitor
Rete di alimentazione
Sbarre di alimentazione
Trasformatore
Sbarre di carico
Condensatore
a
b
c
d
e
2.2
This example consists of the supply network, a
supply-busbar (on the high-voltage side), a
transformer, a load-busbar (on the low-voltage
side) and a capacitor. The source of harmonic
currents may be a drive which is controlled by a
six-pulse rectifier. Harmonic voltages may be
present in the network itself due to other harmonic current sources.
Questo esempio è costituito da una rete di alimentazione, da una sbarra di alimentazione (lato
alta tensione), da un trasformatore, da una sbarra
di carico (lato bassa tensione) e da un condensatore. La sorgente di correnti armoniche può essere un variatore comandato da un raddrizzatore a
sei commutazioni. Le tensioni armoniche possono
essere presenti nella rete stessa, dovute ad altre
sorgenti di correnti armoniche.
Supply impedance view, load-busbar
impedance view
Impedenza vista dall’alimentazione, impedenza
vista dalle sbarre di carico
To analyse the behaviour of a network with respect to harmonics, it is useful to look, at least,
at two impedances:
n
the supply impedance takes the view from
the supply network (see Fig. 2a).
This view is useful for the analysis of the capacitor and reactor load in the presence of harmonic voltages and currents on the supply-busbar,
for the calculation of the branch impedance at
ripple control-frequencies and for the evalua-
Per analizzare il comportamento di una rete, per
quanto riguarda le armoniche, è utile considerare
almeno due impedenze:
n
l’impedenza di alimentazione vista dalla rete
di alimentazione (vedi Fig. 2a).
Questo aspetto è utile per l’analisi del carico capacitivo e del carico induttivo in presenza di tensioni e correnti armoniche sulle sbarre di alimentazione, per il calcolo dell’impedenza alle
frequenze utilizzate dalle installazioni di telecomando e per la valutazione delle armoniche di
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Fig. 2a
tion of the resulting harmonic voltages (quality
of the voltage) on the load-busbar;
n
the load-busbar impedance takes the view
from the load-busbar (see Fig. 2b).
tensione risultanti (qualità della tensione) sulle
sbarre di carico.
n
l’impedenza vista dalle sbarre di carico (vedi
Fig. 2b).
This view is useful for the analysis of the capacitor and reactor load in the presence of harmonic current sources on the load-busbar and for
the calculation of the resulting harmonic voltages (quality of the voltage) on the load-busbar.
Questo aspetto è utile per l’analisi del carico capacitivo e induttivo in presenza di sorgenti di correnti armoniche sulle sbarre di carico e per il calcolo delle tensioni armoniche risultanti (qualità
della tensione) sulle sbarre di carico.
Supply impedance view of a network and one-line
diagram
Impedenza vista dalla rete di alimentazione e schema unifilare
CAPTION
LEGENDA
a
a
Supply impedance view
a
Impedenza vista dalla rete di alimentazione
a
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Fig. 2b
Load-busbar impedance view of a network and
one-line diagram
Impedenza vista dalle sbarre di carico e schema unifilare
CAPTION
LEGENDA
a
a
Load-busbar impedance view
a
2.3
Impedenza vista dalle sbarre di carico
a
Example of a series resonance
Esempio di una risonanza serie
In the following calculation example, the series
connection of a transformer (inductance XT and
resistance RT) and a capacitor is analysed.
Fig. 3a shows the one-line diagram and Fig. 3b
shows the impedance versus harmonic order. It
shows a series resonance close to the 11th harmonic. Typical numerical results of impedances, voltages and currents at characteristic harmonic frequencies in the network shown in
Fig. 1 with a distorted supply voltage are shown
in Tab. 1 [8].
Nel seguente esempio di calcolo si analizza il collegamento in serie di un trasformatore (induttanza
XT e resistenza RT) con un condensatore. La Fig.
3a mostra il relativo schema unifilare e la Fig. 3b
mostra l’andamento dell’impedenza in funzione
dell’ordine dell’armonica. Questo andamento mostra una risonanza serie prossima alla 11a armonica. Nella Tab. 1 vengono indicati risultati numerici
tipici dei valori delle impedenze, delle tensioni e
delle correnti alle frequenze armoniche caratteristiche nel circuito mostrato in Fig. 1 con una tensione di alimentazione distorta [8].
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Fig. 3a
One-line diagram of a series resonance circuit
Schema unifilare di un circuito risonante serie
Fig. 3b
Impedance in ohms versus harmonic order of the
circuit shown in Fig. 3a
Impedenza, espressa in ohm, del circuito rappresentato nella Fig. 3a in funzione dell’ordine dell’armonica
CAPTION
LEGENDA
a
b
a
b
Impedance
Harmonic order
Impedenza
Ordine dell’armonica
a
b
Explanation of the symbols and values used in
Figg. 3a, 3b and Tab. 1.
Significato dei simboli e dei valori utilizzati nelle
Fig. 3a, 3b e nella Tab. 1.
reference
voltage
(example:
3-phase 400 V)
harmonic order, f1 fundamental
frequency, fh harmonic frequency
tensione di riferimento (nell’esempio: 400 V trifase)
h = fh / f1
ordine dell’armonica, f1 frequenza
fondamentale, fh frequenza dell’armonica
XT = XT1 · h reattanza di cortocircuito di un trasformatore di 1000 kVA avente una
tensione di cortocircuito uguale a 6%
QT = 8
fattore di qualità del trasformatore
UN
h = fh / f1
XT = XT1 · h short-circuit reactance of a transformer of 1000 kVA having an impedance voltage of 6%
QT = 8
transformer quality factor
UN
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XC = XC1 / h reactance of a capacitor of
160 kvar
Z
equivalent impedance (see Fig. 3a)
UA(%) =
voltage on the supply-busbar. The
values are taken from a CIGRE report about harmonics and multiplied by 60% [8].
(UA / UN) · 100
XC = XC1 / h reattanza di un condensatore di
160 kvar
Z
impedenza
equivalente
(vedi
Fig. 3a)
UA
tensione alle sbarre di alimentazione. I valori sono stati ricavati da un
rapporto CIGRE riguardante le armoniche e maggiorati del 60% [8]
UA(%) =
(UA / UN) · 100
IC
capacitor current
IC
corrente nel condensatore
ICN
rated capacitor current
ICN
corrente nominale del condensatore
UB
resulting voltage on the load-busbar
(UB / UN) · 100
UB
tensione risultante sulle sbarre di carico
(UB / UN) · 100
UA
UB(%) =
Tab. 1
Numerical results of impedances, voltages and
currents at characteristic harmonic orders of a series resonance circuit in a network with a distorted
supply voltage
UB(%) =
Risultati numerici relativi ai valori delle impedenze,
tensioni e correnti corrispondenti agli ordini delle
armoniche caratteristiche di un circuito risonante serie in una rete con una tensione di alimentazione distorta
h
XT
W
XC
W
Z
W
UA
V
UA (%)
%
IC
A
UB
V
UB (%)
%
1
0,010
–1,000
0,990
400,0
100,0
233
404
101,0
5
0,048
–0,200
0,152
12,0
3,0
46
16
3,9
7
0,067
–0,143
0,076
9,6
2,4
73
18
4,5
11
0,106
–0,091
0,020
6,0
1,5
175
28
6,9
13
0,125
–0,077
0,050
4,8
1,2
55
7
1,8
17
0,163
–0,059
0,106
2,4
0,6
13
1
0,3
19
0,182
–0,053
0,132
1,9
0,5
8
1
0,2
DF (A) % = 4,4
RT = XT/QT = XT/8
(semplificato_simplified)
The following can be concluded from Tab. 1:
a relatively low voltage on the supply-busbar can cause a high current, if the frequency is close to the series resonance frequency.
The example at h = 11 results in a capacitor
current of 175 A which is about 75% of the fundamental capacitor current;
n
n
the high current causes a high voltage drop
on the load-busbar, which leads to a distortion of the sinusoidal voltage.
The example at h = 11 results in 6,9% voltage
distortion factor although the voltage was only
1,5% on the supply-busbar;
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DF (B) % = 9,3
IC eff. = 313A
IC/ICN = 1,35
Dall’esame della Tab. 1 si giunge alle seguenti
conclusioni:
n
se la frequenza è prossima alla frequenza di
risonanza serie, una tensione relativamente
bassa sulle sbarre di alimentazione può determinare una corrente elevata.
Nell’esempio per h = 11 il condensatore è attraversato da una corrente di 175 A che corrisponde
circa al 75% della corrente fondamentale del condensatore;
n
l’elevato valore della corrente provoca un’elevata caduta di tensione sulle sbarre di carico,
che determina una distorsione della tensione
sinusoidale.
Nell’esempio per h = 11, la distorsione della tensione risulta uguale a 6,9% sebbene la tensione
armonica, sulle sbarre di alimentazione, sia soltanto 1,5%;
n
the r.m.s. current through the capacitor is
1,35 times the rated capacitor current. This
is an overload condition because the normal limit is 1,3 times the rated capacitor
current.
It is possible to design a capacitor which is able
to withstand such a current. But this is not a solution to the problem because the voltage distortion on the load-busbar is about 7% for a single harmonic frequency (h = 11) which is much
higher than normal compatibility levels.
Additionally, it can be seen that magnification is
not only obtained when the frequency equals
the resonance frequency, but also when the frequency is close to the resonance frequency.
The resonance frequency where the resulting
impedance has a minimum is approximately
n
È possibile progettare un condensatore che sia in
grado di sopportare una simile corrente. Tuttavia
questa non rappresenta la soluzione del problema
perché la distorsione di tensione sulle sbarre di
carico è circa il 7% per una singola frequenza armonica (h = 11) e quindi assai più elevata dei
normali livelli ammessi.
Inoltre, si può constatare che l’amplificazione non
è ottenuta soltanto quando la frequenza coincide
con la frequenza di risonanza, ma anche quando
la frequenza è prossima alla frequenza di risonanza. La frequenza di risonanza, in corrispondenza
della quale l’impedenza presenta un minimo, è
approssimativamente:
f res = f 1
2.4
Fig. 4a
il valore efficace della corrente che attraversa
il condensatore risulta 1,35 volte il valore della corrente nominale del condensatore. Questa è una situazione di sovraccarico perché il
limite normale è 1,3 volte la corrente nominale del condensatore.
X C1
--------X T1
Example of parallel resonance
Esempio di risonanza parallelo
In the following calculation example, the parallel connection of a transformer (inductance XT
and resistance RT) and a capacitance is analysed. Fig. 4a shows the one-line diagram and
Fig. 4b shows the impedance versus harmonic
order. Typical numerical results of impedances,
voltages and currents at characteristic harmonic
frequencies are shown in Tab. 2.
Nell’esempio di calcolo che segue, viene analizzato il collegamento in parallelo di un trasformatore
(induttanza XT e resistenza RT) con un condensatore. La Fig. 4a mostra il relativo schema unifilare
e la Fig. 4b mostra l’andamento dell’impedenza in
funzione dell’ordine dell’armonica. Nella Tab. 2
vengono indicati i risultati numerici tipici dei valori delle impedenze, delle tensioni e delle correnti alle frequenze armoniche caratteristiche.
One-line diagram of a parallel resonance circuit
Schema unifilare di un circuito risonante parallelo
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Fig. 4b
Impedance in ohms versus harmonic order of the
circuit shown in Fig. 4a
Impedenza, espressa in ohm, del circuito mostrato
in Fig. 4a in funzione dell’ordine dell’armonica
CAPTION
LEGENDA
a
b
a
b
Impedance
Harmonic order
Impedenza
Ordine dell’armonica
a
b
Explanation of the symbols and values used in
Figg. 4a, 4b and Tab. 2.
reference
voltage
(example:
3-phase 400 V)
harmonic order, f1 fundamental
frequency, fh harmonic frequency
Significato dei simboli e dei valori utilizzati nelle
Fig. 4a, 4b e nella Tab. 2.
XT = XT1 · h short-circuit reactance of a transformer of 1000 kVA having an impedance voltage of 6%
QT = 8
transformer quality factor
tensione di riferimento (nell’esempio: 400 V trifase)
h = fh / f1
ordine dell’armonica, f1 frequenza
fondamentale, fh frequenza dell’armonica
XT = XT1 · h reattanza di cortocircuito di un trasformatore di 1000 kVA avente una
tensione di cortocircuito uguale a 6%
QT = 8
fattore di qualità del trasformatore
XC = XC1/h
reactance of a capacitor of
160 kvar
equivalent impedance (see Fig. 4a)
XC = XC1/h
I, I (%)
UB(%) =
current on the load-busbar. The
values are the theoretical values of
a 300 kVA drive
resulting voltage on the load-busbar
(UB / UN) · 100
UB(%) =
reattanza di un condensatore di
160 kvar
impedenza
equivalente
(vedi
Fig. 4a)
correnti sulle sbarre di carico. I valori sono i valori teorici di un variatore
di 300 kVA
tensione risultante sulle sbarre di carico
(UB / UN) · 100
IC
capacitor current
IC
corrente nel condensatore
ICN
rated capacitor current
ICN
corrente nominale del condensatore
UN
h = fh / f1
Z
I, I (%)
UB
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UN
Z
UB
Tab. 2
Numerical results of impedances, voltages and
currents at characteristic harmonic orders of a parallel resonance circuit in the presence of a harmonic current source
.
Risultati numerici relativi ai valori delle impedenze,
tensioni e correnti corrispondenti agli ordini delle
armoniche caratteristiche di un circuito risonante
parallelo alimentato da una rete con presenza di armoniche di corrente
h
XT
W
XC
W
Z
W
I
A
I (%)
%
UB
V
UB (%)
%
IC
A
1
0,010
–,000
0,010
433
100,0
—
—
231
5
0,048
–0,200
0,064
87
20,0
10
2,4
28
7
0,067
–0,143
0,127
62
14,3
14
3,4
55
11
0,106
–0,091
0,490
39
9,1
33
8,3
212
13
0,125
–0,077
0,192
33
7,7
11
2,8
83
17
0,163
–0,059
0,091
25
5,9
4
1,0
39
19
0,182
–0,053
0,073
23
5,3
3
0,7
32
DF (B) % = 9,8
RT = XT/QT = XT/8
(semplificato_simplified)
The following can be concluded from Tab. 2:
n
a relatively low current on the load-busbar
can cause a high capacitor current, if the
frequency is close to the parallel resonance
frequency.
The example at h = 11 results in a capacitor
current of 212 A which is more than 90% of the
fundamental capacitor current, although the
harmonic current was only 39 A on the
load-busbar;
n
the high current causes a high voltage drop
on the load-busbar, which leads to a distortion of the sinusoidal voltage.
The example at h = 11 results in 8,3% voltage
distortion factor;
n
the r.m.s. current through the capacitor is
1,45 times the rated capacitor current. This
is an overload condition because the normal limit is 1,3 times the rated capacitor
current.
It is possible to design a capacitor which is able
to withstand such a current. But this is not a solution to the problem because the voltage distortion on the load-busbar is about 8% for a single harmonic frequency which is much higher
than normal compatibility levels.
Additionally, it can be seen that magnification is
not only obtained when the frequency equals
the resonance frequency, but also when the frequency is close to the resonance frequency.
IC eff. = 334A
IC/ICN = 1,45
Dall’esame della Tab. 2 si giunge alle seguenti
conclusioni:
n
se la frequenza è prossima alla frequenza di
risonanza parallelo, una corrente relativamente bassa sulle sbarre di alimentazione può determinare una elevata corrente nel condensatore.
Nell’esempio per h = 11 il condensatore è attraversato da una corrente di 212 A che risulta essere
più del 90% della corrente fondamentale del condensatore, sebbene la corrente armonica sia soltanto 39 A sulle sbarre di carico;
n
l’elevato valore della corrente provoca un’elevata caduta di tensione sulle sbarre di carico,
che determina una distorsione della tensione
sinusoidale.
Nell’esempio per h = 11, la distorsione della tensione risulta uguale a 8,3%;
n
il valore efficace della corrente che attraversa
il condensatore risulta 1,45 volte il valore della corrente nominale del condensatore. Questa è una situazione di sovraccarico perché il
limite normale è 1,3 volte la corrente nominale del condensatore.
È possibile progettare un condensatore che sia in
grado di sopportare una simile corrente. Tuttavia
questa non rappresenta la soluzione del problema
perché la distorsione di tensione sulle sbarre di
carico è circa il 8% per una singola frequenza armonica e quindi assai più elevata dei normali livelli ammessi.
Inoltre, si può constatare che l’amplificazione non
è ottenuta soltanto quando la frequenza coincide
con la frequenza di risonanza, ma anche quando la
frequenza è prossima alla frequenza di risonanza.
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The resonance frequency where the resulting
impedance has a maximum is approximately:
La frequenza di risonanza, in corrispondenza della quale l’impedenza presenta un massimo, è approssimativamente:
f res = f 1
the transformer impedance. This will affect the resonance
frequency and the voltage and current amplitudes to a certain extent.
In pratica l’impedenza della rete è collegata in serie all’impedenza del trasformatore. Questo influisce, in una certa misura, sulla frequenza di risonanza e sulle ampiezze delle tensioni e delle correnti.
Solutions to avoid resonances
Soluzioni per evitare le risonanze
The principal method used to avoid resonance
problems is to keep the resonance frequency as
far away as possible from the harmonic frequencies which have considerable amplitudes.
This can be done by changing the inductance
or the capacitance of the network components.
However, there is little latitude, if a particular
network configuration is defined by the power
supply and reactive power compensation. In
particular when an automatic capacitor bank is
to be used, many resonance conditions have to
be considered.
Il metodo principale per evitare i problemi di risonanza è di mantenere la frequenza di risonanza
il più distante possibile dalle frequenze armoniche che hanno ampiezze considerevoli.
Questo può essere ottenuto cambiando l’induttanza o la capacità dei componenti della rete. Tuttavia, le possibilità sono limitate, se una particolare
configurazione della rete è definita dalla potenza
di alimentazione e dalla compensazione della potenza reattiva. In particolare, quando si deve utilizzare una batteria automatica di condensatori,
devono essere prese in considerazione molte condizioni di risonanza.
La soluzione più comune per evitare i problemi di
risonanza è quella di collegare un reattore in serie
col condensatore accordati ad una frequenza di
risonanza serie inferiore alla più bassa frequenza
delle tensioni e delle correnti armoniche della rete. Sotto la frequenza di accordo, l’impedenza
della connessione reattore–condensatore è capacitiva, sopra la frequenza di accordo risulta induttiva. L’interazione dell’induttanza della rete e
dell’impedenza (induttiva) della connessione reattore–condensatore non può più creare condizioni
di risonanza, né risonanza serie né risonanza parallelo, alle frequenze delle tensioni e delle correnti armoniche presenti sulla rete. Il reattore può
essere definito dalla sua impedenza relativa:
Note/Nota In practice, the network impedance is connected in series to
2.5
X C1
--------X T1
The most common solution to avoid resonance
problems is to connect a reactor in series with
the capacitor, tuned to a series resonance frequency which is below the lowest frequency of
the harmonic voltages and currents in the network. Below the tuning frequency, the impedance of the capacitor-reactor-connection is capacitive, above the tuning frequency, it is
inductive. The interaction of the network inductance and the (inductive) impedance of the
capacitor-reactor-connection can no longer create a resonance condition, neither a series or a
parallel resonance, at the frequencies of the
harmonic voltages and currents in the network.
The reactor may be specified by its relative impedance:
X L1
p = -------X C1
L’ordine di accordo è uguale a:
The tuning order is:
f LC
------- =
f1
In most networks, the 5th harmonic is the lowest frequency with a considerable amplitude.
For such networks, it is useful to choose a capacitor-reactor-connection with a tuning frequency below 5 · f1, i.e. p > 4%.
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1
--p
Nella maggioranza delle reti, la 5a armonica è la
frequenza più bassa che presenti un’ampiezza
considerevole. Per tali reti è opportuno scegliere
una connessione condensatore-reattore con una
frequenza di accordo inferiore a 5 · f1, cioè
p > 4%.
2.5.1
Fig. 5a
If the network is loaded with strong 3rd harmonic voltages between phases as occurs for
example with single phase rectifiers and overexcited transformers, the tuning frequency shall
be below 3 · f1, i.e. p > 11%.
In the following examples of Fig. 5a, 5b, 6a, 6b
and Tab. 3 and 4 the same values are used as
before, but with a capacitor-reactor-connection
tuned to 3,78 · f1 with a p = 7% reactor and
compensation power at power frequency as before.
Se la rete presenta delle forti tensioni di 3a armonica tra le fasi, come avviene per esempio con
raddrizzatori monofase e con trasformatori saturati, la frequenza di accordo deve essere inferiore a
3 · f, cioè p > 11%.
Negli esempi che seguono riguardanti le Fig. 5a,
5b, 6a, 6b e le Tab. 3 e 4 sono stati utilizzati gli
stessi valori utilizzati in precedenza, ma con una
connessione condensatore-reattore accordati sulla
frequenza 3,78 · f1 con p = 7% e la potenza di
compensazione alla frequenza industriale come in
precedenza.
Capacitor-reactor connection: series resonance
Connessione condensatore-reattore: risonanza serie
One-line diagram of a series resonance circuit
with capacitor-reactor connection
Schema unifilare di un circuito risonante serie con
una connessione condensatore-reattore
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Fig. 5b
Impedance in ohms versus harmonic order h of the
circuit shown in Fig. 5a
Impedenza, espressa in ohm, del circuito mostrato
nella Fig. 5a in funzione dell’ordine dell’armonica h
CAPTION
LEGENDA
a
b
a
b
Impedance
Harmonic order
Impedenza
Ordine dell’armonica
a
b
Explanation of the symbols and values used in
Figg. 5a, 5b and Tab. 3.
reference
voltage
(example:
3-phase 400 V)
harmonic order, f1 fundamental
frequency, fh harmonic frequency
Significato dei simboli e dei valori utilizzati nelle
Fig. 5a, 5b e nella Tab. 3.
XT = XT1· h short-circuit reactance of a transformer of 1000 kVA having an impedance voltage of 6%
QT = 8
transformer quality factor
tensione di riferimento (nell’esempio: 400 V trifase)
h = fh / f1
ordine dell’armonica, f1 frequenza
fondamentale, fh frequenza dell’armonica
XT = XT1· h reattanza di cortocircuito di un trasformatore di 1000 kVA avente una
tensione di cortocircuito uguale a 6%
QT = 8
fattore di qualità del trasformatore
XL + XC
XL + XC
QL = 30
reactance of a capacitor with a
p = 7% reactor for 160 kvar compensation power
reactor quality factor
Z
equivalent impedance (see Fig. 5a)
Z
UA
UA
UA(%) =
voltage on the supply-busbar. The
values are taken from a CIGRE report about harmonics and multiplied by 60% [8].
(UA/ UN) · 100
UA(%) =
impedenza
equivalente
(vedi
Fig. 5a)
tensione alle sbarre di alimentazione. I valori sono stati ricavati da un
rapporto CIGRE riguardante le armoniche e maggiorati del 60% [8]
(UA/ UN) · 100
IC
capacitor current
IC
corrente nel condensatore
ICN
rated capacitor current
ICN
corrente nominale del condensatore
UB
resulting voltage on the load-busbar
(UB / UN) · 100
UB
tensione risultante sulle sbarre di carico
(UB / UN) · 100
UN
h = fh / f1
UB(%) =
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UN
QL = 30
UB(%) =
reattanza di un condensatore con un
reattore p = 7% per una potenza di
compensazione di 160 kvar
fattore di qualità del reattore
Tab. 3
Numerical results of impedances, voltages and
currents at characteristic harmonic orders of a series resonance circuit with a capacitor-reactor-connection in a network with distorted supply
voltage
h
Risultati numerici relativi ai valori delle impedenze,
tensioni e correnti corrispondenti agli ordini delle
armoniche caratteristiche di un circuito risonante serie con una connessione condensatore-reattore in
una rete con tensione di alimentazione distorta
XT
W
XC + XL
W
Z
W
UA
V
UA (%)
%
A
IC
UB
V
UB (%)
%
1
0,010
–1,000
0,990
400,0
100,0
233
404
101,0
5
0,048
0,161
0,212
12,0
3,0
33
9
2,3
7
0,067
0,373
0,443
9,6
2,4
13
8
2,0
11
0,106
0,730
0,840
6,0
1,5
4
5
1,3
13
0,125
0,896
1,026
4,8
1,2
3
4
1,0
17
0,163
1,216
1,386
2,4
0,6
1
2
0,5
19
0,182
1,374
1,563
1,9
0,5
1
2
0,4
DF (A) % = 4,4
RT = XT/QT = XT/8
RL = XL/QL = XL/30
(semplificato_simplified)
The following can be concluded from Tab. 3:
2.5.2
Fig. 6a
n
a resonance-problem with an amplification
of voltages and currents is avoided with the
capacitor-reactor connection;
n
the voltage distortion factor on the
load-busbar is 3,5% while that in the example of Tab. 1 is 9,3%. The power quality is
improved in this respect.
DF (B) % = 3,5
IC eff. = 236 A
IC/ICN = 1,02
Dall’esame della Tab. 3 si giunge alle seguenti
conclusioni:
n
con l’utilizzazione di una connessione condensatore-reattore si evitano i problemi di risonanza con la conseguente amplificazione
delle tensioni e delle correnti;
n
il fattore di distorsione sulle sbarre di carico è
3,5% mentre quello dell’esempio della Tab. 1
è 9,3%. La qualità della tensione della rete è
quindi migliorata sotto questo aspetto.
Capacitor-reactor connection: parallel resonance
Connessione condensatore-reattore: risonanza
parallelo
One-line diagram of a parallel resonance circuit
with capacitor-reactor connection
Schema unifilare di un circuito risonante parallelo
con una connessione condensatore-reattore
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Fig. 6b
Impedance in ohms versus harmonic order of the
circuit shown in Fig. 6a
Impedenza, espressa in ohm, del circuito mostrato
nella Fig. 6a in funzione dell’ordine dell’armonica
CAPTION
LEGENDA
a
b
a
b
Impedance
Harmonic order
Impedenza
Ordine dell’armonica
a
b
Explanation of the symbols and values used in
Fig. 6a, 6b and Tab. 4.
Significato dei simboli e dei valori utilizzati nelle
Fig. 6a, 6b e nella Tab. 4.
XT = XT1· h short-circuit reactance of a transformer of 1000 kVA having an impedance voltage of 6%
QT = 8
transformer quality factor
tensione di riferimento (nell’esempio: 400 V trifase)
h = fh / f1
ordine dell’armonica, f1 frequenza
fondamentale, fh frequenza dell’armonica
XT = XT1· h reattanza di cortocircuito di un trasformatore di 1000 kVA avente una
tensione di cortocircuito uguale a 6%
QT = 8
fattore di qualità del trasformatore
XL + XC
XL + XC
QL = 30
reactance of a capacitor with a
p = 7% reactor for 160 kvar compensation power
reactor quality factor
Z
equivalent impedance (see Fig. 6a)
Z
I,I(%)
I,I(%)
UB(%) =
current on the load-busbar. The
values are the theoretical values of
a 300 kVA drive.
resulting voltage on the load-busbar
(UB/ UN) · 100
UB(%) =
impedenza
equivalente
(vedi
Fig. 6a)
correnti sulle sbarre di carico. I valori sono i valori teorici di un variatore
di 300 kVA
tensione risultante sulle sbarre di carico
(UB/ UN) · 100
IC
capacitor current
IC
corrente nel condensatore
ICN
rated capacitor current
ICN
corrente nominale del condensatore
UN
h = fh / f1
UB
reference
voltage
(example:
3-phase 400 V)
harmonic order, f1 fundamental
frequency, fh harmonic frequency
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UN
QL = 30
UB
reattanza di un condensatore con un
reattore p = 7% per una potenza di
compensazione di 160 kvar
fattore di qualità del reattore
Tab. 4
Numerical results of impedances, voltages and
currents at characteristic harmonic orders of a parallel resonance circuit with a capacitor-reactor
connection in the presence of a harmonic current
source
h
Risultati numerici relativi ai valori delle impedenze,
tensioni e correnti corrispondenti agli ordini delle
armoniche caratteristiche di un circuito risonante
parallelo con una connessione condensatore-reattore in una rete con presenza di armoniche di corrente
XT
W
XL + XC
W
Z
W
I
A
I (%)
%
UB
V
UB (%)
%
A
IC
1
0,010
–1,000
0,010
433
100,0
—
—
231
5
0,048
0,161
0,037
87
20,0
6
1,4
20
7
0,067
0,373
0,057
62
14,3
6
1,5
10
11
0,106
0,730
0,093
39
9,1
6
1,6
5
13
0,125
0,896
0,110
33
7,7
6
1,6
4
17
0,163
1,216
0,145
25
5,9
6
1,6
3
19
0,182
1,374
0,162
23
5,3
6
1,6
3
DF (B) % = 3,8
RT = XT/QT = XT/8
RL = XL/QL = XL/30
(semplificato_simplified)
The following can be concluded from Tab. 4:
n
a resonance problem with an amplification
of voltages and currents is avoided with the
capacitor-reactor connection;
n
the voltage distortion factor on the
load-busbar is 3,8% while that in the example of Tab. 2 is 9,8%. The power quality is
improved in this respect.
IC eff. = 232 A
IC/ICN = 1,01
Dall’esame della Tab. 4 si giunge alle seguenti
conclusioni:
n
con l’utilizzazione di una connessione condensatore-reattore si evitano i problemi di risonanza con la conseguente amplificazione
delle tensioni e delle correnti;
n
il fattore di distorsione sulle sbarre di carico è
3,8% mentre quello dell’esempio della Tab. 2
è 9,8%. La qualità della tensione della rete è
quindi migliorata sotto questo aspetto.
the transformer impedance. This will affect the resonance
frequency and the voltage and current amplitudes to a certain extent.
In pratica l’impedenza della rete è collegata in serie all’impedenza del trasformatore. Questo influisce, in una certa misura, sulla frequenza di risonanza e sulle ampiezze della tensione e della corrente.
3
SHUNT CAPACITORS AND FILTERS FOR
NETWORKS HAVING A VOLTAGE UP TO AND
INCLUDING 1000 V
CONDENSATORI DI RIFASAMENTO E FILTRI PER
RETI CON TENSIONE INFERIORE O UGUALE A
1000 V
3.1
Introduction
Introduzione
Three methods of utilising shunt capacitors on
the low voltage network are described below
together with an indication of the precautions
to be taken in each case.
To design a power factor correction installation,
all network configurations including exceptional and emergency arrangements as well as possible future extensions should be considered.
Qui di seguito vengono descritti tre modi di utilizzazione dei condensatori di rifasamento nelle reti
a bassa tensione insieme alle indicazioni sulle
precauzioni che debbono essere adottate in ciascun caso.
Per progettare un impianto di rifasamento devono
essere prese in considerazione tutte le configurazioni della rete comprese le disposizioni eccezionali e di emergenza così come i futuri ampliamenti.
Shunt capacitors
Condensatori di rifasamento
This type of power factor correction installation
can be used when it is not necessary to take
measures to avoid resonance problems or to reduce harmonics. This is generally the case
when the resonant frequency given by the net-
Questo tipo di installazione per la correzione del
fattore di potenza può essere utilizzato quando
non è necessario ricorrere a particolari provvedimenti per evitare i problemi dovuti alla risonanza
o per ridurre le armoniche. Questo avviene generalmente quando la frequenza di risonanza deter-
Note/Nota In practice, the network impedance is connected in series to
3.2
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3.3
3.4
work inductance and the capacitance of the
power factor correction installation is relatively
high and the harmonic content of the network
(i.e. bus voltage and harmonic currents generated by the loads) is very low.
It should however be understood that the total
resulting capacitance of all power factor correction installations connected to the low voltage
side of one distribution transformer determines
the possibility of a harmonic resonance problem. Avoiding such problems when the power
factor correction installation is already in service
can be more difficult and costly than at the original installation time as it is often not possible to
re-use existing capacitors, frames, etc.
minata dall’induttanza della rete e dalla capacità
dell’impianto di rifasamento è relativamente alta e
il contenuto armonico della rete è assai basso
(cioè tensioni e correnti armoniche nella rete generate dal carico).
Si deve tuttavia tenere presente che la capacità totale risultante da tutti gli impianti di rifasamento
collegati al lato bassa tensione di un trasformatore
di distribuzione determina la possibilità di avere
problemi di risonanza armonica. Risolvere tali
problemi, quando l’impianto di rifasamento è già
in servizio, può risultare assai più difficoltoso e
costoso che non provvedere al momento dell’installazione originale, infatti spesso non è possibile
riutilizzare i condensatori, i telai di sostegno ecc.
già esistenti.
Detuned filter
Filtro non accordato
As shown in 2.5, an effective way to prevent
harmonic resonance problems from a technical
as well as an economical point of view is to
connect a reactor in series with each phase of
each capacitor step of the power factor correction installation.
This type of power factor correction installation
(detuned filter) also gives the advantage of reducing the harmonic voltages in the network by
absorbing part of the harmonic currents with an
order higher than the tuning frequency of the
reactor-capacitor arrangement.
The choice of the tuning frequency of the reactor-capacitor arrangement depends on the magnitudes and frequencies of the harmonic currents circulated in the network, and on the
signal frequency of a ripple control installation
if any (see 3.6).
Typically, reactors cannot be added to existing
capacitors to make a detuned filter as the installed capacitors may not be rated for the additional voltage and/or current caused by the
added series reactor.
Come è stato mostrato in 2.5 un sistema efficace
dal punto di vista tecnico ed economico per prevenire i problemi di risonanza armonica è quello
di collegare un reattore in serie con ciascuna fase
di ciascun gradino dell’impianto di rifasamento.
Questo tipo di impianto di rifasamento (filtro non
accordato) fornisce anche il vantaggio di ridurre
le tensioni armoniche nella rete assorbendo parte
delle correnti armoniche con un ordine più elevato di quello della frequenza di accordo del complesso reattore-condensatore.
La scelta della frequenza di accordo del complesso reattore-condensatore dipende dalle ampiezze
e dalle frequenze delle correnti armoniche che
circolano nella rete, e dalla frequenza dei segnali
delle eventuali installazioni di telecomando (3.6).
Normally, a power factor correction installation
having series reactors shall not be mixed with
an equipment without series reactor. Care
should also be taken when a detuned filter is
extended by equipment having a different tuning frequency. In both cases problems can occur due to unequal sharing of the harmonic
load and possible overloading of one filter or
part of it.
In genere, i reattori non possono essere aggiunti
ai condensatori esistenti per formare un filtro non
accordato in quanto i condensatori già installati
non possono risultare dimensionati per le sollecitazioni addizionali dovute alle tensioni e/o alle
correnti risultanti dall’aggiunta dei reattori in serie.
Normalmente, un impianto di rifasamento con in
serie dei reattori non può essere associato ad un
impianto senza reattori in serie. Si deve anche
fare attenzione quando un filtro non accordato
viene aggiunto ad un impianto avente una diversa
frequenza accordata. In entrambi i casi possono
sorgere problemi a causa della diseguale ripartizione del carico armonico e del possibile sovraccarico di un filtro o parte di esso.
Tuned filter
Filtro accordato
To keep the harmonic voltages in the network
to an acceptable level, a tuned filter may have
to be considered as mentioned in 1.4.1. The filters act as a load on the harmonic generator ab-
Per mantenere le tensioni armoniche nella rete ad
un livello accettabile, può essere preso in considerazione l’utilizzo di un filtro accordato come accennato in 1.4.1. I filtri agiscono come un carico
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sorbing the harmonic currents and thus reducing the harmonic voltage increases. When
assessing the requirements of the tuned filter it
is important to consider the complete network
system.
To design a tuned filter it is necessary to know
the harmonic impedance values of the network,
especially the impedance of the distribution
transformer as well as the frequency spectrum
of the harmonic source(s) and the harmonic
voltages in the high voltage network.
A tuned filter comprises one or more tuned filter units (series connection of reactor and capacitor on each phase) each tuned to give a relatively low impedance at the considered
harmonic frequency compared to the impedance of the network at the same frequency.
Harmonic currents are thus mainly absorbed by
this filter. At the network frequency the filter
acts as a capacitor providing power factor correction.
the rated tuning frequency of a filter unit is
generally chosen slightly lower than the
harmonic frequency. Thus, the impedance
of the tuned filter unit is inductive at the
harmonic frequency.
sul generatore di armoniche assorbendo le correnti armoniche e riducendo così l’aumento della
tensione armonica. Quando vengono definite le
prescrizioni per un filtro accordato è importante
considerare la rete completa.
Per progettare un filtro accordato è necessario conoscere i valori di impedenza armonica della rete,
specialmente l’impedenza del trasformatore di distribuzione e anche lo spettro delle frequenze
della sorgente o delle sorgenti armoniche e le tensioni armoniche nella rete ad alta tensione.
Un filtro accordato comprende uno o più filtri accordati unitari (connessione serie di un reattore
con un condensatore in ciascuna fase) ciascuno
accordato in modo da fornire, alla frequenza armonica considerata, una relativamente bassa impedenza in confronto a quella della rete alla medesima frequenza. Le correnti armoniche sono
così assorbite in gran parte da questo filtro. Alla
frequenza della rete il filtro si comporta come un
condensatore e quindi provvede a correggere il
fattore di potenza.
Generalmente, i filtri accordati unitari devono essere progettati per le armoniche di ordine dispari
eccettuati i multipli di 3, cioè, in ordine crescente,
5, 7, 11, 13, 17, 19, ecc. Normalmente, nelle installazioni a bassa tensione, non è necessario
prendere in considerazione la terza armonica poiché questa appare soltanto tra fase e neutro e la
maggior parte degli impianti di rifasamento sono
collegati tra le fasi (senza collegamento al neutro). Tuttavia, in caso di carico squilibrato, un filtro di terza armonica può anche essere preso in
considerazione.
Normalmente sono valide la seguenti regole:
n
la potenza reattiva, alla frequenza della rete,
di ciascun filtro unitario diminuisce con l’aumentare dell’ordine dell’armonica;
n
tutti gli elementi di filtri accordati facenti parte
di un filtro sono manovrati contemporaneamente. Se tuttavia è necessario manovrare gli
elementi di filtri accordati indipendentemente,
essi devono essere messi sotto tensione in ordine ascendente 5, 7, 11, ecc. e disinseriti
nell’ordine inverso;
n
la frequenza di accordo nominale di un elemento di filtro, in generale, viene scelta leggermente
inferiore della frequenza armonica. Così, l’impedenza dell’elemento di filtro accordato risulta induttivo per la frequenza armonica.
Care should be taken to fit tuned filters to individual items of equipment connected to the low
voltage side of the same distribution transformer
in order to avoid problems. Parallel connected
filter units for one harmonic order will not have
exactly the same resonance frequency due to
the tolerances of the components causing problems, for example, due to unequal sharing of
the harmonic load and/or to parallel resonances
Allo scopo di evitare problemi, si devono adottare
provvedimenti quando dei filtri accordati devono
essere connessi ad apparecchiature allacciate al lato
bassa tensione dello stesso trasformatore di distribuzione. Elementi di filtri accordati sulla stessa armonica collegati in parallelo possono non avere esattamente la medesima frequenza di risonanza a causa
delle tolleranze dei loro componenti e quindi generare dei problemi, per esempio, dovuti ad una disu-
Generally, tuned filter units need to be designed for the odd harmonic orders except multiples of 3, i.e. 5, 7, 11, 13, 17, 19, etc. in increasing order. Usually, in low voltage
installations the third harmonic needs not be
considered as it only appears between phase
and neutral and most of the power factor correction installations are connected between
phases (no connection to the neutral). However, in the case of unbalanced load, a third harmonic filter unit may be considered.
Normally, the following are valid:
n
the reactive power rating at network frequency of each tuned filter unit decreases
with increasing harmonic order;
n
all tuned filter units of a filter are switched
together. If, however, it is necessary to
switch the tuned filter units independently,
they should be switched on in ascending
order 5, 7, 11, etc. and switched off in the
reverse order;
n
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3.5
between tuned filters. In such cases it could be
useful to use additional contacts to connect together the points between reactors and capacitors of each phase of the filter units for the same
harmonic order which are in service.
guale ripartizione del carico armonico e/o all’esistenza di risonanze parallelo tra i filtri accordati. In
tali casi può essere conveniente utilizzare contatti
addizionali per collegare insieme i punti di connessione tra i reattori e i condensatori di ciascuna fase
degli elementi di filtri per l’armonica dello stesso ordine, che sono in servizio.
Components selection
Scelta dei componenti
A low voltage power factor correction installation is usually installed indoors and normally
consists of some or all of the following components:
n
capacitors;
n
reactors (for example in case of filters);
n
contactors and/or circuit-breakers;
n
short-circuit protection (fuses or circuit-breaker).
Un impianto di rifasamento a bassa tensione è generalmente installato all’interno e normalmente è
costituito da alcuni o da tutti i seguenti componenti:
n
condensatori;
n
reattori (per esempio in caso di filtri);
n
contattori e/o interruttori;
n
protezione contro i cortocircuiti (fusibili o interruttori).
The determination of ratings for these components is usually based on the calculated stresses
during worst service conditions. Harmonic currents generated by the electrical loads and any
harmonic current or voltage existing on the network have to be considered when designing
power factor correction installation and/or filter.
Il dimensionamento di questi componenti è generalmente basato sulle sollecitazioni calcolate nelle
condizioni di esercizio più onerose. Nella progettazione di un impianto di rifasamento e/o di filtraggio è necessario prendere in considerazione
le correnti armoniche prodotte dai carichi e tutte
le tensioni e le correnti armoniche esistenti nella
rete.
Si deve controllare che non causino inaccettabili
ripercussioni negative sul funzionamento del filtro
le tolleranze di fabbricazione, l’influenza della
temperatura e dell’invecchiamento, l’intervento
degli eventuali fusibili interni od esterni, la possibile non linearità dei componenti del filtro così
come la variazione della frequenza della rete.
It should be checked that the manufacturing tolerances, the influence of temperature and ageing, the operation of internal or external fuses if
any, the possible non-linearity of the filter components as well as the variation of the network
frequency will not cause unacceptable repercussions on the function of the filter.
3.5.1
3.5.2
For filters the voltage increase on the capacitor
caused by the series connection of the reactor
should be considered.
Condensatori
Le unità capacitive o le batterie costituiscono una
parte fondamentale di ciascun impianto di rifasamento e/o di filtraggio. Pertanto deve essere compiuto uno studio accurato per ottenere una realizzazione ottimale del condensatore.
La corrente nel condensatore è costituita da una
componente fondamentale e da componenti alle
frequenze armoniche. Siccome l’ampiezza delle
componenti armoniche può essere assai elevata,
specialmente in un filtro accordato, è necessario
tenerne conto quando vengono stabiliti i valori
nominali dei condensatori.
Per i filtri deve essere anche considerato l’aumento della tensione sul condensatore causato dal
collegamento in serie con il reattore.
Reactors
The reactor current consists of fundamental and
harmonic frequency components. As the magnitude of harmonic components may be very
high, especially in a tuned filter, it is necessary
to take them into account when defining rated
values of the reactors.
Reattori
La corrente nel reattore è costituita da una componente fondamentale e da componenti alle frequenze armoniche. Siccome l’ampiezza delle
componenti armoniche può essere assai elevata,
specialmente in un filtro accordato, è necessario
tenerne conto quando vengono stabiliti i valori
nominali dei reattori.
Capacitors
The capacitor units or bank are the fundamental
part in each power factor correction installation
and/or filter. A thorough study should therefore
be performed in order to obtain optimal capacitor design.
The capacitor current consists of fundamental
and harmonic frequency components. As the
magnitude of harmonic components may be
very high, especially in a tuned filter, it is necessary to take them into account when defining
rated values of the capacitors.
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The reactor shall be designed for the thermal
load due to the maximum fundamental and harmonic currents.
Il reattore deve essere progettato per poter sopportare le temperature determinate dai valori
massimi della corrente fondamentale e delle correnti armoniche.
Manufacturing tolerance for the inductance of Nel progetto di un filtro si devono tenere presenti
the reactor is to be taken into account in filter le tolleranze di fabbricazione dell’induttanza del
design. A value of ±3% is acceptable for most reattore. Una tolleranza di ±3% è generalmente
accettabile per la maggior parte delle applicazioni
filter applications.
dei filtri.
The reactor shall be able to withstand the Il reattore deve essere in grado di poter sopportashort-circuit current which can occur during re le correnti di cortocircuito che possono verififault conditions as well as the switching current carsi in caso di guasto e così pure le correnti e le
tensioni di manovra.
and voltage.
The inductance value of the reactor shall not Il valore dell’induttanza del reattore non deve
vary by more than 5% from rated current to the presentare una variazione superiore al 5% fra il
highest loading given by the peak value of the suo valore che si ha con la corrente nominale e
current or voltage (induction caused by the quello nelle condizioni di massimo carico deterarithmetic sum of the maximum fundamental minate dal valore di picco della corrente o della
tensione (induzione causata dalla somma aritmetiand harmonic currents or voltages).
ca dei valori massimi delle correnti o delle tensioni fondamentali e armoniche).
When using reactors with an iron core (which is Quando si utilizzano dei reattori col nucleo di ferthe normal case in low voltage filters), care ro (caso normale nei filtri a bassa tensione) si deshould be taken to avoid saturation problems vono adottare misure precauzionali per evitare
(important change of inductance value, fer- problemi di saturazione (variazione importante
ro-resonance occurring during switching opera- del valore dell’induttanza, ferrorisonanza che si
tions and leading to overloading of compo- verifica durante le operazioni di manovra e che
comporta il sovraccarico dei componenti, ecc.).
nents, etc.).
The losses of the reactors should be considered. Le perdite dei reattori devono essere prese in
considerazione.
3.5.3
Contactors and/or circuit-breakers
The switching of power factor correction installations requires some special features of the
switching device. The following aspects shall be
therefore considered:
n
the contactor and circuit-breaker shall be
restrike-free and adapted for capacitors;
n
n
n
n
the rated voltage of the contactor and circuit-breaker shall be equal to or higher than
the maximum network voltage with the
power factor correction installation and/or
filter in service;
the contactor and circuit-breaker shall be
designed for continuous current (including
harmonics) which can pass the power factor correction installation and/or filter at
maximum source voltage, maximum frequency and extreme tolerances of the components, especially capacitor and reactor;
the interrupting rating of circuit-breaker
shall be equal to or greater than the
short-circuit current which can occur on the
power factor correction installation and/or
filter side;
the contactor and circuit-breaker shall have
sufficient short-time current rating to with-
Contattori e/o interruttori
La commutazione degli impianti di rifasamento richiede un apparecchio di manovra con alcune caratteristiche speciali. Devono essere presi in considerazione i seguenti requisiti:
n
il contattore e l’interruttore non devono dare
origine al riadescamento dell’arco e devono
essere adatti alla manovra dei condensatori;
n
la tensione nominale del contattore e dell’interruttore deve essere uguale o superiore alla
tensione massima della rete con l’impianto di
rifasamento e/o il filtro in servizio;
n
n
n
il contattore e l’interruttore devono essere
progettati per una corrente permanente (incluse le armoniche) che può attraversare l’impianto di rifasamento e/o il filtro alla massima
tensione di alimentazione, alla massima frequenza e con le tolleranze estreme dei componenti, in particolare del condensatore e del
reattore;
Il potere di rottura dell’interruttore deve essere uguale o superiore alla corrente di cortocircuito che può verificarsi nell’impianto di rifasamento e/o nel filtro;
il contattore e l’interruttore devono avere una
tenuta di corta durata sufficiente per resistere
alla correnti di cortocircuito e alle correnti di
NORMA TECNICA
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Pagina 23 di 36
n
3.5.4
3.6
3.6.1
stand both system short-circuit faults and inrush currents associated with energizing;
the type of the contactor and circuit-breaker
shall be selected with respect to the expected frequency of switching operations.
n
inserzione che si possono verificare alla messa in tensione;
Il tipo di contattore e di interruttore deve essere scelto in modo da sopportare la prevista
frequenza delle operazioni di manovra.
Short-circuit protection (fuses)
The rated voltage of the short-circuit protection
shall be equal to or greater than the maximum
network voltage with the power factor correction installation and/or filter in service.
The short-circuit protection shall be designed
for continuous current (including harmonics)
which can pass the power factor correction installation and/or filter at maximum source voltage, maximum frequency and extreme tolerances of the components, especially capacitor and
reactor.
The interrupting rating shall be equal to or
greater than the short-circuit current which can
occur on the power factor correction installation and/or filter.
The short-circuit protection shall have sufficient
short-time current rating to withstand both system short-circuit faults and inrush currents associated with energizing.
Protezione contro i cortocircuiti (fusibili)
La tensione nominale della protezione contro i
cortocircuiti deve essere uguale o maggiore della
massima tensione della rete con l’impianto di rifasamento e/o il filtro in servizio.
La protezione contro i cortocircuiti deve essere
prevista per una corrente permanente (incluse le
armoniche) che può attraversare l’impianto di rifasamento e/o il filtro alla massima tensione di
alimentazione, alla massima frequenza e ai valori
estremi di tolleranza dei componenti, in special
modo del condensatore e del reattore.
Il potere di rottura deve essere uguale o maggiore
della corrente di cortocircuito che può prodursi
nell’impianto di rifasamento e/o nel filtro.
Disturbance of ripple control installations by
shunt capacitors and filters
Perturbazioni alle installazioni di telecomando
provocate dai condensatori di rifasamento e dai
fltri
The influence of the power factor correction installations and filters on the ripple control installation is described below, for each method
of use of shunt capacitors.
L’influenza degli impianti di rifasamento e dei filtri sulle installazioni di telecomando è descritta di
seguito, per ciascun modo di utilizzazione dei
condensatori di rifasamento.
Shunt capacitors
For audio frequency signals injected into the
high voltage network by a ripple control installation the capacitance of the power factor correction installation forms a series resonant circuit with the inductance of the distribution
transformer. When the resonance frequency of
this circuit is the same as or close to the signal
frequency problems could occur. The voltage of
the signal in the low voltage network may be
increased to an unacceptable level, and the impedance, at this frequency, in the high voltage
network may be reduced leading to additional
loading of the ripple control signal generator.
When the resonance frequency is much lower
than that of the ripple control signal the voltage
of this signal may be reduced to an unacceptable level.
An example of this is shown in Fig. 7b and 7c
for a transformer-capacitor arrangement corresponding to Fig. 7a for four different ripple
control signal frequencies. Close to the resonance frequency the impedance of the arrangement is much lower than the nominal load im-
Condensatori di rifasamento
Per i segnali a frequenza musicale iniettati nelle
reti ad alta tensione dalle installazioni di telecomando la capacità degli impianti di rifasamento
forma un circuito risonante serie con l’induttanza
del trasformatore di distribuzione. Quando la frequenza di risonanza di questo circuito è la medesima o prossima alla frequenza del segnale, possono presentarsi dei problemi. La tensione del
segnale nella rete a bassa tensione può essere aumentata fino ad un inaccettabile livello e l’impedenza, a questa frequenza, nella rete ad alta tensione può essere ridotta determinando un carico
supplementare del generatore del segnale del telecomando. Quando la frequenza di risonanza è
molto minore di quella del segnale del telecomando, la tensione di questo segnale può essere
ridotta ad un livello inaccettabile.
Un esempio di questo caso è illustrato nelle
Fig. 7b e 7c per un circuito formato da un condensatore ed un trasformatore, corrispondente
alla Fig. 7a, per quattro diversi valori di frequenza
del segnale del telecomando. In prossimità della
frequenza di risonanza l’impedenza del circuito è
NORMA TECNICA
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La protezione di cortocircuito deve avere una tenuta di corta durata sufficiente per resistere alle correnti di cortocircuito e alle correnti di inserzione
che si possono verificare alla messa in tensione;
pedance which may lead to an overloading of
the ripple control generator. On the other hand,
the ripple control signal voltage can be increased or reduced to levels which may disturb
the ripple control receivers.
Explanation of the symbols used in Fig. 7a, 7b
and 7c:
ZRC
Z1
S
ek
Q
URC
URCO
3.6.2
impedance at ripple control frequency
of transformer-capacitor arrangement
nominal load impedance at network
frequency
transformer rating
impedance voltage of the transformer in
per cent
shunt capacitor rating
ripple control signal voltage in the low
voltage network
ripple control signal voltage when no
shunt capacitor is connected
molto minore dell’impedenza nominale di carico,
il che può determinare un sovraccarico del generatore del segnale del telecomando. D’alta parte,
la tensione del segnale del telecomando può essere aumentata o ridotta a livelli che possono disturbare i ricevitori del telecomando.
Significato dei simboli utilizzati nelle Fig. 7a, 7b e
7c:
ZRC
Z1
S
ek
Q
URC
URCO
impedenza alla frequenza del telecomando
dell’insieme trasformatore-condensatore
impedenza nominale del carico alla frequenza della rete
potenza del trasformatore
tensione di cortocircuito del trasformatore
espressa in percento
potenza del condensatore di rifasamento
tensione del segnale del telecomando nella rete a bassa tensione
tensione del segnale del telecomando
quando nessun condensatore di rifasamento è collegato
fRC
ripple control signal frequency
fRC
frequenza del segnale del telecomando
QRC
quality factor of the transformer at ripple control signal frequency
QRC
fattore di qualità del trasformatore alla frequenza del segnale del telecomando
Detuned filter
Reactors connected in series with the capacitors
of power factor correction installations prevent
such disturbances of the ripple control installation if the resonance frequency of the reactor-capacitor arrangement is lower than and far
enough from the ripple control signal frequency.
From Fig. 5b, for example, it can be seen that for
a frequency ratio h between ripple control signal
frequency and a network frequency of about 10
(for example for a signal frequency of 492 Hz in
a 50 Hz network) the impedance at signal frequency is not very different from the impedance
at fundamental frequency. So there may be practically no influence on the ripple control installation. For a frequency ratio h in the range of
about 2 to 6, the impedance is relatively low.
Consequently the signal voltage in the low voltage network and the impedance in the high voltage network at ripple control frequency will be
reduced. So the correct function of the ripple
control installation could be affected.
If the resonance frequency of the reactor-capacitor arrangement is higher than the ripple control signal frequency the impedance at signal
frequency is capacitive. This may lead to resonance with the inductive impedance of the distribution transformer and thus disturb the ripple
control installation in a similar way as explained
Filtro non accordato
I reattori collegati in serie con i condensatori degli
impianti di rifasamento impediscono le perturbazioni delle installazioni di telecomando se la frequenza di risonanza dell’insieme reattore-condensatore è inferiore ed abbastanza distante dalla
frequenza del segnale del telecomando.
Dalla Fig. 5b, per esempio, si può rilevare come,
per un rapporto di frequenza h, tra la frequenza
del segnale del telecomando e la frequenza della
rete, uguale circa a 10 (per esempio per una frequenza del segnale di 492 Hz in una rete a
50 Hz), l’impedenza alla frequenza del segnale
non è molto diversa dall’impedenza alla frequenza fondamentale. Così può non esserci praticamente alcuna influenza sull’installazione di telecomando. Per un rapporto di frequenza h nella
gamma di circa da 2 a 6, l’impedenza è relativamente bassa. Conseguentemente la tensione del
segnale nella rete a bassa tensione e l’impedenza
nella rete ad alta tensione alla frequenza del telecomando vengono ridotte. Cosa che può perturbare il funzionamento del telecomando centralizzato.
Se la frequenza di risonanza dell’insieme reattore-condensatore è maggiore della frequenza del
segnale del telecomando, l’impedenza, alla frequenza del segnale, è capacitiva. Ciò può condurre ad una risonanza con l’impedenza induttiva del
trasformatore di distribuzione e disturbare così
l’installazione di telecomando in un modo simile
NORMA TECNICA
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Pagina 25 di 36
3.6.3
Fig. 7a
in 3.6.1 for a capacitor installation without reactors.
a quello illustrato in 3.6.1 per un’installazione di
condensatori senza reattori.
Tuned filter
Tuned filters may influence the signal of ripple
control installations. The impedance of a tuned
filter unit is capacitive for all frequencies lower
than the resonance frequency and inductive for
all higher frequencies. The impedance of the
distribution transformer contributes, in the first
case, to reduce the impedance at ripple control
signal frequency in the high voltage network
and, in the second case, to reduce the ripple
control signal voltage in the low voltage network. In both cases, the ripple control installation may be disturbed.
If the ripple control signal frequency is between
the resonance frequencies of two tuned filter
units, total or partial compensation of the inductive impedance with respect to the capacitive impedance of the two filters may give a relatively high impedance at ripple control signal
frequency. Disturbance may also be avoided,
for example, by careful choice of the tuning frequencies and/or the capacitance and inductance values of the tuned filter units.
Filtro accordato
I filtri accordati possono influenzare il segnale
delle installazioni di telecomando. L’impedenza di
un filtro accordato unitario è capacitiva per tutte
la frequenze inferiori alla frequenza di risonanza
e induttiva per le frequenze superiori. L’impedenza del trasformatore di distribuzione contribuisce,
nel primo caso, a ridurre l’impedenza alla frequenza del segnale del telecomando nella rete ad
alta tensione e, nel secondo caso, a ridurre la tensione del segnale del telecomando nella rete a
bassa tensione. In entrambi i casi, l’installazione
di telecomando può essere disturbata.
Se la frequenza del segnale del telecomando si
trova fra le frequenze di risonanza di due filtri
unitari accordati, la totale o parziale compensazione dell’impedenza induttiva, con riferimento
all’impedenza capacitiva dei due filtri, può determinare un’impedenza relativamente elevata alla
frequenza del segnale del telecomando. Le perturbazioni possono anche essere evitate, per
esempio, mediante un’accurata scelta delle frequenze di accordo e/o i valori della capacità e
dell’induttanza dei filtri accordati unitari.
One-line diagram of transformer-capacitor arrangement
Schema unifilare del circuito trasormatore-condensatore
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Fig. 7b
Relative impedance ZRC/Z1
Impedenza relativa ZRC/Z1
CAPTION
LEGENDA
a
a
Parameter
Parametro
a
Fig. 7c
Relative signal voltage URC/URCO
Tensione relativa del segnale URC/URCO
CAPTION
LEGENDA
a
a
Parameter
Parametro
a
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4
SHUNT CAPACITORS AND FILTERS FOR
NETWORKS HAVING A VOLTAGE ABOVE
1000 V
CONDENSATORI DI RIFASAMENTO E FILTRI PER
RETI AVENTI UNA TENSIONE SUPERIORE A
1000 V
4.1
Introduction
Introduzione
All the principles described in the low voltage
section also apply to high voltage networks.
There are however specific requirements applicable to this voltage.
Tutti i principi descritti nella parte relativa alla
bassa tensione si applicano anche alle reti ad alta
tensione. Ci sono tuttavia delle prescrizioni specifiche che sono applicabili solo all’alta tensione.
Specific requirements
Prescrizioni specifiche
The system configuration and, consequently,
the short-circuit power are generally variable in
high voltage networks. Variations shall be considered for all conditions when designing
equipment.
High voltage power factor correction equipment may be installed indoors or outdoors, the
following having an effect on the design:
n
adverse atmospheric conditions, pollution,
etc., requiring increased creepage and
clearance distances;
n
climatic conditions;
n
mechanical stress, seismic forces;
n
solar radiation.
La configurazione della rete e, conseguentemente
la potenza di cortocircuito, sono generalmente variabili nelle reti ad alta tensione. Quando si progetta un impianto devono essere prese in considerazione tutte le possibili configurazioni e
condizioni.
L’impianto di rifasamento ad alta tensione può essere installato all’interno o all’esterno, e le seguenti
condizioni ne influenzano le modalità di progetto:
n
condizioni atmosferiche avverse, inquinamento, ecc., che richiedono l’aumento delle linee
di fuga e delle distanze di isolamento;
n
condizioni climatiche;
n
sollecitazioni meccaniche, forze sismiche;
n
radiazione solare.
Harmonics generated by the electrical loads and
any harmonics existing on the network have to
be considered when designing power factor
correction installations.
Quando si progettano gli impianti di rifasamento
devono essere considerate le armoniche generate
dai carichi elettrici e tutte le armoniche esistenti
nella rete.
Choice of power factor correction installation
Scelta dell’impianto di rifasamento
A network analysis should be carried out to determine the most appropriate equipment to be
installed. Whenever possible existing harmonic
distortion should be measured although the interpretation of the results should be considered
with care.
The network analysis should take into account
the following points:
n
all network configurations should be considered, including exceptional and emergency arrangements as well as possible future extensions. Special attention shall be
paid to electrical machines (generators, synchronous compensators), cable capacitance,
line impedance, etc.;
n
harmonic generation (distortion ratios) obtained in all the different working configurations. This should take into account the
existing harmonic sources on the system.
Measurements and/or calculation of the
harmonic currents is necessary. Figures deduced from harmonic voltage distortion
alone are not accurate as harmonics are
generated by current not by voltage sources. When the user plans to install a filter on
Per poter definire l’impianto più appropriato da
installare deve essere effettuata un’analisi della rete. Ogni qualvolta possibile deve essere misurata
la distorsione armonica, tenendo presente che
l’interpretazione dei risultati deve essere effettuata
con estrema cura.
L’analisi della rete deve tenere conto dei punti seguenti:
n
devono essere considerate tutte le possibili
configurazioni della rete comprese le situazioni eccezionali e di emergenza così come gli
eventuali futuri ampliamenti. Si deve prestare
particolare attenzione alle macchine elettriche
(generatori, compensatori sincroni), capacità
dei cavi, impedenza della linea, ecc.;
n
generazione di armoniche (tasso di distorsione) ottenute in tutte le differenti configurazioni di esercizio. Si deve tenere conto delle sorgenti di armoniche nel sistema. È necessario
misurare e/o calcolare le correnti armoniche.
I valori dedotti dalla sola distorsione armonica
di tensione non sono sufficientemente precisi
perché le armoniche sono generate dalle sorgenti di corrente e non di tensione. Quando
l’utilizzatore programma di installare un filtro
4.2
4.3
NORMA TECNICA
CEI EN 61642:1998-12
Pagina 28 di 36
n
n
4.4
4.5
4.5.1
a system which is not separated from the
utilities network by an interposing transformer or another significant impedance,
the effect of all other shunt capacitors and
filters on the network have to be considered;
existing power factor correction installations, detuned and tuned filters;
the influence of power factor correction installations and filters on ripple control installations shall be investigated to ensure
that system malfunction does not occur.
n
n
in un impianto che non è separato dalla rete
pubblica da un interposto trasformatore o da
un’altra impedenza significativa, si deve considerare l’influenza di tutti gli altri condensatori di rifasamento e dei filtri esistenti sulla rete;
gli impianti di rifasamento, i filtri accordati e
non accordati esistenti;
l’influenza degli impianti di rifasamento e dei
filtri sulle installazioni di telecomando deve
essere analizzata al fine di assicurarsi del corretto funzionamento del sistema.
Type of filters
Tipi di filtri
Filter systems of 1st, 2nd, and 3rd order are usually considered (see Fig. 8a, 8b, 8c, 8d and 8e).
The order of a filter can be determined by the
number of reactive components in the circuit.
Damping circuits may be considered due to
technical and/or economical reasons. If a
damped filter is used, loss evaluation is necessary. The most frequently used harmonic orders
for filter tuning are 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25.
When a harmonic distortion limit has to be
guaranteed, account shall be taken of capacitor
and reactor manufacturing tolerances. With filters it is not always possible to maintain both
the harmonic distortion and the power factor
within given limits.
Generalmente si utilizzano filtri del primo, secondo e terzo ordine (vedi Fig. 8a, 8b, 8c, 8d e 8e).
L’ordine di un filtro può essere determinato dal
numero dei componenti reattivi nel circuito. L’impiego di circuiti smorzati può essere giustificato
da ragioni tecniche e/o economiche. Se viene utilizzato un filtro smorzato, è necessario valutarne
le perdite. Nella maggior parte dei casi i filtri sono
accordati sui seguenti ordini di armonica: 5, 7, 11,
13, 17, 19, 23, 25.
Quando si deve garantire un limite alla distorsione armonica, si deve tenere conto delle tolleranze
di fabbricazione dei condensatori e dei reattori.
Quando si utilizzano i filtri non è sempre possibile mantenere entro limiti prefissati sia la distorsione armonica che il valore del fattore di potenza.
Filter components selection
Scelta dei componenti dei filtri
A high voltage filter normally consists of the following Components:
n
circuit-breaker;
n
capacitors;
n
reactors;
n
resistors;
n
protection equipment.
Normalmente un filtro ad alta tensione è costituito
dai seguenti componenti:
n
interruttore;
n
condensatori;
n
reattori;
n
resistori;
n
apparecchiatura di protezione.
The determination of ratings for these components is usually based on the calculated stresses
during worst service conditions. Harmonic currents generated by the electrical loads and any
harmonic current or voltage existing an the network have to be considered when designing
power factor correction or filter installation.
It should be checked that the manufacturing tolerances, the influence of temperature and ageing, the operation of internal or external fuses if
any, the possible non-linearity of the filter components as well as the variations of the network
frequency will not unacceptably influence the
function of the filter.
La determinazione del dimensionamento di questi
componenti è normalmente basato sulle sollecitazioni calcolate per le condizioni di esercizio più
sfavorevoli. Quando si progetta l’impianto di rifasamento o di filtraggio, devono essere prese in
considerazione le correnti armoniche generate dai
carichi elettrici e qualsiasi corrente o tensione armonica esistente nella rete.
Si deve controllare che non abbiano ripercussioni
inaccettabili sulla funzionalità del filtro le tolleranze di fabbricazione, l’influenza della temperatura
e dell’invecchiamento, l’intervento degli eventuali fusibili interni od esterni, la possibile non
linearità dei componenti del filtro, così come le
variazioni della frequenza della rete
Circuit-breaker
The switching of filters requires some special
features of the switching device. The following
Interruttore
La commutazione dei filtri richiede alcune caratteristiche particolari dell’apparecchio di manovra.
NORMA TECNICA
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aspects shall therefore be considered:
n
the circuit-breaker shall be restrike-free;
n
the rated voltage of the circuit-breaker shall
be equal to or higher than the maximum
network voltage with the filter in service;
the circuit-breaker shall be designed for
continuous current which can pass the filter
at maximum source voltage, maximum frequency and capacitance deviation;
n
n
n
n
4.5.2
the interrupting capacity shall be equal to
or greater than the short-circuit current
which can occur on the filter side of the circuit-breaker;
the circuit-breaker shall have sufficient
short-time current rating to withstand both
system short-circuit faults and inrush currents associated with energizing;
the type of the circuit-breaker shall be selected with respect to the expected frequency of switching operations.
Capacitors
The capacitor bank is the fundamental part in
each filter equipment. A thorough study should
therefore be performed in order to obtain optimum capacitor design.
The filter current consists of fundamental and
harmonic frequency components. As the magnitude of harmonic components may be very
high, it is necessary to take them into account
when defining rated data of the capacitors.
The following definitions and designing criteria
are specific to filter capacitors:
4.5.3
n
rated capacitor voltage, rated capacitor current and tolerances: see the relevant capacitor standard;
n
the ratings of a capacitor should make allowances for element failure or fuse operation and should co-ordinate with filter protection. During service, if the capacitance
change exceeds the acceptable range for
the filter, the filter should be disconnected
from the system.
Reactors
When selecting filter reactors, the following aspects shall be considered:
n
thermal load due to the maximum fundamental and harmonic currents;
n
manufacturing tolerance of inductance: for
most filter applications ±3% is acceptable.
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Pertanto devono essere presi in considerazione i
seguenti requisiti:
n
l’interruttore non deve dare origine a riadescamento;
n
la tensione nominale dell’interruttore deve essere uguale o superiore alla tensione massima
della rete con il filtro in servizio;
n
l’interruttore deve essere dimensionato per il
valore di corrente permanente che può attraversare il filtro alla massima tensione, alla
massima frequenza e alla massima tolleranza
della capacità;
n
il potere di interruzione deve essere uguale o
superiore alla corrente di cortocircuito che
può prodursi nel filtro dal lato dell’interruttore;
n
l’interruttore deve avere una tenuta di breve
periodo sufficiente per resistere sia alle correnti di cortocircuito e sia alle correnti di inserzione che si possono verificare all’atto della messa in tensione;
n
il tipo di interruttore deve essere scelto in
modo da poter sopportare la prevista frequenza delle operazioni di manovra.
Condensatori
La batteria di condensatori rappresenta la parte
essenziale in ciascun impianto di filtraggio. Di
conseguenza è necessario effettuare uno studio
approfondito per ottenere un dimensionamento
ottimale del condensatore.
La corrente del filtro è formata dalla componente
fondamentale e dalle componenti armoniche. Siccome l’ampiezza delle componenti armoniche
può essere molto alta, è necessario tenerne conto
quando si definiscono le caratteristiche nominali
dei condensatori.
Le definizioni ed i criteri di dimensionamento che
seguono sono specifici per i condensatori di filtraggio:
n
la tensione nominale del condensatore, la
corrente nominale del condensatore e le tolleranze: vedi la relativa norma per il condensatore;
n
i dati nominali del condensatore devono tenere conto del guasto di un elemento o dell’intervento di un fusibile e devono essere coordinati con le protezioni del filtro. Se, durante
il funzionamento, la variazione del valore della capacità supera la gamma accettabile per il
filtro, il filtro deve essere scollegato dalla rete.
Reattori
Quando si scelgono i reattori per i filtri devono
essere considerati i seguenti aspetti:
n
la temperatura dovuta ai valori massimi della
corrente fondamentale e delle correnti armoniche;
n
la tolleranza di fabbricazione del valore
dell’induttanza: per la maggior parte delle applicazioni dei filtri ±3% è accettabile.
4.5.4
In special cases adjustment taps may be required;
n
short-circuit current which can occur during
fault conditions;
n
linear characteristic within the current and
frequency ranges;
n
the effects of eddy current losses in adjacent metallic parts, for example equipment
frame, earthing system and building structural steel.
In casi speciali possono essere necessarie delle
prese di regolazione;
n
la corrente di cortocircuito che può verificarsi
in caso di guasto;
n
la caratteristica di linearità entro le gamme di
corrente e frequenza;
n
gli effetti delle correnti parassite nelle parti
metalliche adiacenti, per esempio le intelaiature di sostegno, i dispositivi di messa a terra
e le strutture in acciaio dell’edificio.
Resistors
When selecting filter resistors, the following aspects should be considered:
n
total r.m.s. current through the resistor;
Resistori
Quando si scelgono i resistori devono essere considerati i seguenti aspetti:
n
il valore efficace della corrente che attraversa
il resistore;
n
l’induttanza del resistore;
n
la tolleranza di fabbricazione ed il coefficiente
di temperatura della resistenza.
n
n
4.5.5
Relay protection
The protection system normally consists of:
n
harmonic overload protection;
n
overcurrent protection;
earth fault protection;
undervoltage protection;
unbalance protection of the capacitor bank.
n
n
n
4.6
inductance of the resistor;
manufacturing tolerance and temperature
coefficient of the resistance.
Protezione mediante relè
Normalmente i dispositivi di protezione comprendono:
n
protezione contro il sovraccarico dovuto alle
armoniche;
n
protezione contro le sovracorrenti;
n
protezione contro i guasti verso terra;
n
protezione contro i minimi di tensione;
n
protezione a squilibrio della batteria di condensatori.
Disturbance of ripple control installations by
shunt capacitors and filters
Perturbazioni alle installazioni di telecomando
causate dai condensatori di rifasamento e dai
filtri
The influence of power factor correction installations and filters on ripple control installations
shall be investigated to ensure that system malfunction does not occur.
The tuning frequencies of the power factor correction installation should not be the same as
the ripple control signal frequency, but far
enough from it. Due to the inductive impedance of the line between the injection point of
the ripple control installation and the power
factor correction installation, the ripple control
signal voltage may be reduced or increased. It
will be reduced if the impedance of the power
factor correction installation is inductive at ripple control signal frequency and increased if it
is capacitive. It should be ensured that the influence on the ripple control signal voltage is
within acceptable limits, referring to the general
requirements of 3.6.
L’influenza degli impianti di rifasamento e dei filtri sulle installazioni di telecomando devono essere analizzate per assicurarsi del funzionamento
corretto del complesso.
Le frequenze di accordo degli impianti di rifasamento non devono essere uguali alla frequenza
del segnale del telecomando, ma invece sufficientemente lontane da questa. A causa dell’impedenza induttiva del tratto di linea tra il punto di iniezione del segnale del telecomando e il punto di
installazione dell’impianto di rifasamento, la tensione del segnale del telecomando può essere ridotta od aumentata. Se l’impedenza dell’impianto
di rifasamento è induttiva, alla frequenza del segnale del telecomando, la tensione del segnale
viene ridotta, mentre viene aumentata se l’impedenza è capacitiva. Ci si deve assicurare che l’influenza sulla tensione del segnale del telecomando
sia contenuta entro limiti accettabili, in riferimento
alle prescrizioni generali indicate in 3.6.
NORMA TECNICA
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Types of filters for high-voltage applications
Tipi di filtri per applicazioni ad alta tensione
Fig. 8a
1st order filter
Filtro del 1° ordine
Fig. 8b
2nd order filter - band-pass filter
Filtro del 2° ordine – filtro passa banda
Fig. 8c
2nd order filter - damped filter with resistive element
Filtro del 2° ordine – filtro smorzato con elemento
resistivo
Fig. 8
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CEI EN 61642:1998-12
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Fig. 8d
3rd order filter - damped filter
Filtro del 3° ordine – filtro smorzato
Fig. 8e
3rd order filter - C type
Filtro del 3° ordine – filtro di tipo C
NORMA TECNICA
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ANNEX/ALLEGATO
informative
A informativo
BIBLIOGRAPHY
BIBLIOGRAFIA
[1]
EN 60110:1973, Recommendation for capacitors for inductive heat generating plants operating
at frequencies between 40 Hz and 24000 Hz
[2]
EN 60143:1992, Series capacitors for power systems
[3]
IEC 60358:1990, Coupling capacitors and capacitor dividers
[4]
IEC 601071: Power electronic capacitors
[5]
EN 60252:1993, AC motor capacitors
[6]
EN 61048:1991, Capacitors for use in tubular fluorescent and other discharge lamp circuits. General and safety requirements
[7]
EN 61049:1991, Capacitors for use in tubular fluorescent and other discharge lamp circuits. Performance requirements
[8]
Harmonics characteristic parameters, methods of study, estimates of existing values in network,
CIGRE, WG 36-05, Electra no. 77
IEC 60050(421):1990, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) - Chapter 421: Power transformers and reactors
IEC 60050(436):1990, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) - Chapter 436: Power capacitors
IEC 60056:1987, High-voltage alternating-current circuit-breakers
EN 60146: Semiconductor convertors
IEC 60242:1967, Standard frequencies for centralized network control installations
EN 60255-6:1988, Electrical relays - Part 6: Measuring relays and protection equipment
EN 60265-1:1983, High-voltage switches - Part 1: High-voltage switches for rated voltages above 1 kV
and less than 52 kV
EN 60265-2:1988, High-voltage switches - Part 2: High-voltage switches for rated voltages of 52 kV
and above
EN 60269: Low-voltage fuses
EN 60282: High-voltage fuses
EN 60289:1988, Reactors
IEC 60291:1969, Fuse definitions
IEC 60549:1976, High-voltage fuses for the external protection of shunt power capacitors
EN 60831-1:1996, Shunt power capacitors of the self-healing type for a.c. systems having a rated voltage up to and including 1000 V - Part 1: General - Performance, testing and rating -Safety requirements - Guide for installation and operation
EN 60871-1:1987, Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 660 V Part 1: General - Performance, testing and rating - Safety requirements - Guide for installation and
operation
IEC 60871-2:1987, Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 660 V Part 2: Endurance testing
EN 60931-1:1996, Shunt power capacitors of the non-self-healing type for a.c. systems having a rated
voltage up to and including 1000 V - Part 1: General - Performance, testing and rating-Safety requirements - Guide for installation and operation
ENV 61000-2-2:1990, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2: Environment - Section 2: Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public low-voltage power
supply systems
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ANNEX/ALLEGATO
normative
ZA normativo
Normative references to international
publications with their corresponding
European publications
Riferimenti normativi alle Pubblicazioni
Internazionali con le corrispondenti
Pubblicazioni Europee
This European Standard incorporates by dated
or undated reference, provisions from other
publications. These normative references are
cited at the appropriate places in the text and
the publications are listed hereafter. For dated
references, subsequent amendments to or revisions of any of these publications apply to this
European Standard only when incorporated in
it by amendment or revision. For undated references the latest edition of the publication referred to applies (including amendments).
La presente Norma include, tramite riferimenti datati e non datati, disposizioni provenienti da altre
Pubblicazioni. Questi riferimenti normativi sono
citati, dove appropriato, nel testo e qui di seguito
sono elencate le relative Pubblicazioni. In caso di
riferimenti datati, le loro successive modifiche o
revisioni si applicano alla presente Norma solo
quando incluse in essa da una modifica o revisione. In caso di riferimenti non datati, si applica
l’ultima edizione della Pubblicazione indicata
(modifiche incluse).
Note/Nota When an international publication has been modified by
Quando la Pubblicazione Internazionale è stata modificata
da modifiche comuni CENELEC, indicate con (mod), si applica
la corrispondente EN/HD
common modifications, indicated by (mod), the relevant
EN/HD applies.
Pubbl. IEC
Data
Titolo
IEC Pubbl.
Date
Title
EN/HD
Data
Date
IEC 60050(131) 1978
International Electrotechnical Vocabulary (IEV)
Chapter 131: Electric and magnetic circuits
—
—
IEC 60050(161) 1990
Chapter 161: Electromagnetic compatibility
—
—
Fine Documento
NORMA TECNICA
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La presente Norma è stata compilata dal Comitato Elettrotecnico Italiano
e beneficia del riconoscimento di cui alla legge 1º Marzo 1968, n. 186.
Editore CEI, Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano - Stampa in proprio
Autorizzazione del Tribunale di Milano N. 4093 del 24 luglio 1956
Responsabile: Ing. E. Camagni
33 – Condensatori
CEI 33
Fusibili interni per condensatori statici di rifasamento
CEI 33-2
Condensatori di accoppiamento e divisori capacitivi
CEI EN 60143-1 (CEI 33-4)
Condensatori per l’inserzione in serie sulle reti in corrente alternata Parte 1: Generalità - Prestazioni, prove e valori nominali - Guida per l’installazione
CEI 33-6
Fusibili interni per condensatori per inserzione in serie sulle
reti in corrente alternata
CEI 33-7
Condensatori statici di rifasamento per impianti di energia a
corrente alternata con tensione nominale superiore a 1000 V
CEI EN 60931-1 (CEI 33-8)
Condensatori statici di rifasamento di tipo non autorigenerabile per impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale inferiore o uguale a 1000V Parte 1: Generalità - Prestazioni, prove e valori nominali - Prescrizioni di sicurezza Guida
per l’installazione e l’esercizio
CEI EN 60831-1 (CEI 33-9)
Condensatori statici di rifasamento di tipo autorigenerabile per
impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale
inferiore o uguale a 1000V Parte 1: Generalità - Prestazioni,
prove e valori nominali - Prescrizioni di sicurezza - guida per
l’installazione e l’esercizio
CEI EN 60831-2 (CEI 33-10)
Condensatori statici di rifasamento di tipo autorigenerabile per
impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale
inferiore o uguale a 1 kV Parte 2: Prova di invecchiamento,
prova di autorigenerazione e prova di distruzione
CEI EN 60931-2 (CEI 33-11)
Condensatori statici di rifasamento di tipo non autorigenerabile per impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale inferiore o uguale a 1 kV Parte 2: Prova di invecchiamento e prova di distruzione
CEI EN 60143-2 (CEI 33-12)
Condensatori per inserzione in serie sulle reti in corrente alternata Parte 2: Dispositivi di protezione per batterie di condensatori per inserzione in serie
CEI EN 60871-4 (CEI 33-13)
Condensatori statici di rifasamento per impianti di energia a
corrente alternata con tensione nominale superiore a 1 kV Parte 4: Fusibili interni
CEI EN 61071-2 (CEI 33-14)
Condensatori per elettronica di potenza Parte 2: Prescrizioni
per la prova di interruzione dei fusibili, prova di distruzione,
prova di autorigenerazione e prova di durata
CEI EN 60931-3 (CEI 33-15)
Condensatori statici di rifasamento di tipo non-autorigenerabile per impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale inferiore o uguale a 1 kV Parte 3: Fusibili interni
CEI EN 61270-1 (CEI 33-16)
Condensatori per forni a microonde Parte 1: Generalità
CEI EN 61071-1 (CEI 33-17)
Condensatori per elettronica di potenza Parte 1: Generalità
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