La costante richiesta di aumento di energia e la creazione di nuovi insediamenti urbani e produttivi e la sempre maggior attenzione al miglioramento dell'efficienza energetica, hanno portato gli utenti ad avere una maggior consapevolezza del fatto che impianti elettrici correttamente progettati, installati e manutenuti garantiscono qualità di prestazioni, elevate performance prestazionali e riduzioni dei consumi.
I perché del rifasamento
Prima, però, di trattare l'argomento di come, quando e quanto rifasare i trasformatori, è necessario fare una piccola introduzione sul perché si rifasano gli impianti e i macchinari in generale.
Si definisce "rifasamento", un provvedimento atto a migliorare il fattore di potenza (cosïª) di un carico in un punto della rete elettrica, in modo da ridurre, a pari potenza attiva trasportata, il valore della corrente circolante sulla rete.
Rifasare significa pertanto diminuire la potenza reattiva assorbita dal carico o che attraversa una determinata sezione della rete, fino ad annullarla in corrispondenza di un valore ideale di cosïª=1.
Al fine di ridurre la circolazione dell'energia reattiva lungo le proprie linee elettriche, di distribuzione primaria nei tessuti urbani consolidati e nelle aree industriali, gli enti distributori impongono un limite inferiore al fattore di potenza del carico, addebitando all'utente un corrispettivo per ogni kVar/h prelevato secondo determinate proporzioni rispetto alla energia attiva kW/h prelevata dall'utente.
I costi aggiuntivi conseguenti al mancato rifasamento di una rete elettrica di media estensione, sono talmente elevati da determinare mediamente un rientro dell'investimento per un impianto di rifasamento, nell'arco di massimo 2 anni
Il rifasamento diminuisce le perdite di energia e le potenze apparenti a cui proporzionare macchinari e le linee elettriche, determina una razionale utilizzazione dell'energia elettrica, riducendo l'effetto delle correnti magnetizzanti dei carichi e le perdite, per effetto joule, nei cavi e nei dispositivi presenti sulla rete di distribuzione dell'energia.
Nei circuiti elettrici la corrente è in fase con la tensione quando siamo in presenza di un carico ohmico (resistenze), mentre è sfasata in ritardo se il carico è induttivo (motori, trasformatori a vuoto) e in anticipo se il carico è capacitivo (condensatori).
La corrente totale assorbita, ad esempio, da un motore è determinata dalla somma vettoriale di:
• IR corrente ohmica dovuta alla componente resistiva del carico;
• IL corrente reattiva dovuta alla componente induttiva del carico;
• Si definisce fattore di potenza il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente secondo quanto indicato e richiamato dalla trigonometria osservando il triangolo delle potenze;
Questo risulta ovvio dal fatto che circuiti elettrici puramente induttivi, capacitivi o resistivi sono solo teorici, nella realtà dell'installazione elettrica esistono circuiti non teorici o ibridi che presentano spesso caratteristiche ohmico induttive o ohmico capacitive.
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A queste correnti sono associate le seguenti potenze:
• Potenza attiva associata alla parte resistiva del carico;
• Potenza reattiva associata alla parte induttiva del carico;
La potenza reattiva induttiva, avendo valore medio nullo nel periodo, non è utile ai fini della produzione di lavoro meccanico e costituisce un carico supplementare per il fornitore di energia, che lo impegna a sovradimensionare i propri generatori.
Il parametro che definisce l'assorbimento di potenza reattiva induttiva è il fattore di potenza.
Si definisce fattore di potenza il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente secondo quanto indicato e richiamato dalla trigonometria osservando il triangolo delle potenze
Perché rifasare un trasformatore Mt/bt
I trasformatori per la trasformazione dell'energia elettrica nelle cabine di distribuzione possono essere realizzati in due differenti tipologie: trasformatori in olio, il cui raffreddamento non richiede particolari ausili, e trasformatori isolati in resina, raffreddati in maniera forzata o naturale.
Indipendentemente dalla tecnologia costruttiva scelta per queste macchine elettriche statiche, è sempre opportuno prevedere un rifasamento fisso dei trasformatori Mt/bt, in quanto - anche se funzionanti a vuoto (ad esempio durante la notte o il sabato e la domenica o comunque in assenza di carico) - assorbono potenza reattiva di tipo induttivo che deve essere compensata mediante l'inserzione di batterie di condensatori che offrono, sulla rete elettrica, una potenza reattiva capacitiva.
Il calcolo della potenza capacitiva necessaria può essere realizzato utilizzando la formula approssimata: Q = Io% * Pn / 100
Dove:
Io = corrente a vuoto (fornita dal costruttore dei trasformatori)
Pn = potenza nominale del trasformatore
In alternativa, non disponendo dei dati richiesti, si possono utilizzare delle tabelle differenziate per tipologia di trasformatori con caratteristica di perdite normali o a basse perdite oppure grafici estrapolati con prove varie.
Ovviamente, esiste una sostanziale differenza in termini di potenza rifasante necessaria, a seconda che il trasformatore di potenza si trovi in funzionamento a vuoto o a carico.
Resta però chiaro che generalmente dobbiamo preoccuparci maggiormente del funzionamento a vuoto, in quanto nel funzionamento a carico la potenza rifasante necessaria sovente viene fornita a valle da gruppi di rifasamento (armadi) automatici.
Dimensionamento della sezione dei cavi
Nel dimensionare la linea è consigliabile maggiorare la corrente assorbita Ib da carico (in questo caso un condensatore o una batteria di condensatori):
• del 30% per tener conto delle componenti armoniche;
• del 10% per tener conto della tolleranza sul valore nominale di capacità del condensatore.
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Di conseguenza i cavi di alimentazione devono essere dimensionati per portare una corrente pari a: Ib = 1,3 • 1,10 • Ic = 1,43 Ic
dove:
Ib è la massima corrente assorbita dal condensatore;
Ic è la corrente assorbita dal condensatore alimentato alla tensione dell'impianto (Un):
questo per effetto della formula
(vedi formula a lato)
Dimensionamento degli apparecchi di protezione e comando
La corrente nominale e la soglia magnetica dell'interruttore automatico devono essere scelte in modo tale da:
• evitare scatti intempestivi della protezione termica: In (o Ir) ≥ 1,43 • Ic;
• permettere la messa in tensione del condensatore. L'inserzione di un condensatore equivale a stabilire un cortocircuito per un periodo ari al tempo di carica.
La corrente di inserzione dipende dal tipo di condensatore, singolo o in batteria automatica, dalla capacità del singolo elemento e dalla induttanza a monte del condensatore (rete).
In conseguenza a quanto detto, l'interruttore automatico deve avere una soglia di intervento istantaneo elevata.
Per limitare la corrente di inserzione si consiglia l'installazione di induttanze di limitazione.
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