ABB SACE. Sistemi di rifasamento per l efficienza energetica

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1 ABB SACE Sistemi di rifasamento per l efficienza energetica

2 Tipi di carico Tre categorie di carichi Resistivi R Ohm Ω Induttivi L Henry H Capacitivi C Farad F

3 Carichi industriali La maggior parte dei carichi industriali possono essere visti come resistenze ed induttanze in serie I V V VR VL L 90 φ VR I V I La corrente I risulta essere in ritardo sulla tensione di alimentazione V

4 Potenze utilizzate nei carichi Tutti i carichi induttivi richiedono per funzionare correttamente due tipi di potenza: Potenza attiva (kw) che produce lavoro utile Potenza reattiva (kvar) che sostiene il campo elettromagnetico e pertanto non è utilizzabile Potenza apparente (kva) che rappresenta la potenza totale consumata

5 Concetto base del rifasamento Se si inserisce un condensatore è possibile ottenere una diminuzione di questo angolo di differenza IC ω I IRL R V IC C L ϕ1 ϕ2 I V Il condensatore connesso in parallelo assorbe kvar allo stesso modo del carico ma in opposizione di fase IRL

6 Calcolo capacità necessaria Per calcolare la potenza capacitiva necessaria ad ottenere un dato fattore di potenza si ricava k dalla tabella riportata Cosfì desiderato Cosfì di partenza kvar=k*kw

7 Nanogramma In modo equivalente si può utilizzare il seguente nanogramma kvar=k*kw

8 Esempio calcolo capacità e risparmio Potenza Attiva a pieno carico : 410 kw φ1 kw=410 Fattore di potenza iniziale : cos φ1= 0.7 Potenza Apparente iniziale kva1= 410/0.7 = 586 Potenza Reattiva iniziale kvar1 = kva1* sin φ1=586*0.714=419 kva1=586 kvar1=419 Fattore di potenza desiderato cos φ2= 0.95 Potenza Capacitiva necessaria kvar = 410 ( tan f 1-tan f 2) cos φ 1=0.7 tan φ 1=1.020 cos φ 2=0.95 tan φ 1=0.329 = 410 ( ) = 284 Potenza Induttiva residua kvar2 = kva2* sin φ =432*0.3122=135 Potenza Apparente Finale kva2= 410/0.95=432 Riduzione di Potenza Apparente kva = =154 φ kw=410 φ1 φ2 kva1=586 kva2=432 kvar1=419 kvar2=

9 Vantaggi di un buon fattore di potenza Minore corrente prelevata dalla rete significa ridotta corrente di carico del trasformatore e dei cavi minori perdite Joule (RI2) nei cavi nel trasformatore nelle apparecchiature di protezione minori cadute di tensione nei cavi nel trasformatore aumento della potenza disponibile ai morsetti del trasformatore nessuna penale sulla bolletta elettrica

10 Minore corrente di carico nel trafo e nei cavi ( I) Fattore di riduzione pari a In (%) = ( 1 cos φì 1 / cos φ 2 ) x 100 Per la stessa potenza in kw, la I n si riduce del 27% e il cos φ viene portato da 0,7 a 0,95. 27% 0.95

11 Ridotte perdite joule nei cavi (RI²) Fattore di riduzione pari a % riduzione perdite RI 2 [W] (%) = ( 1 cos φ 1 / cos φ 2 ) x 100 A parità di carico le perdite si riducono del 46% portando il cosfì da 0,7 a 0, cos φ finale cos φ iniziale

12 Ridotte perdite joule nel trafo (RI²) Prima della modifca Targa del trasformatore : 500kVA Carico attuale : 300 kw a cos φ=0,7 perdite nel Ferro : 1150 W Perdite nel Rame : 6000 x (carico attuale/targa) x (300/0,7/500) 2 = 4410 W Perdite totali = = 5560 W Dopo correzione del cos φ Cos φ = 0,9 perdite nel Ferro : 1150 W Perdite nel Rame : 6000 x (300/0,9/500) 2 = 2670 W Perdite totali = = 3820 W Risparmio di energia : 1740 W

13 Ridotta potenza apparente kva del trafo cos φ iniziale kva = kw (1/cos φ 1-1/cosφ 2 ) Esempio : Carico di 200 kw Cosfì iniziale (cos φ 1 ) = 0,5 Cosfì finale (cos φ 1 ) = 0,8 Potenza recuperata = 299x0,75 = 150 kva cos φ finale Carico del Trasformatore Con cos φ 1 = 0,5 > 200/0,5 = 400 kva Con cos φ 2 = 0,8 > 200/0,8 = 250 kva Potenza recuperata = =150 kva 0.75 % kva recuperati

14 Esempio calcolo del risparmio energetico Bolletta Energetica Consumo mensile kwh = Consumo mensile kvarh = Assumendo una attività di : 340 giorni/anno 15 ore/giorno Potenza Media kw = 70125/425(ore/mese) = 165 (66% del pieno carico ) Potenza Media kvar = 63081/425(ore/mese) = 148 Potenza Media kva = SQR( ) = 222 Cosφ medio = kw / SQR( kw 2 + kvar 2 ) = 0,744 Cosφ minimo per evitare penalità = 0,9 Potenza di rifasamento richiesta = kw ( tg φ1 tg φ2 ) = 165 ( 0,9 0,475 ) = 70 kvar Nella pratica si incrementa la potenza di un 10% per assicurarsi di essere sempre sopra cos φ 0,9. al Nuova situazione Potenza Media kw = 165 Potenza Media kvar = = 78 Potenza Media kva = SQR( ) = 179 La potenza media mensile (kva) è ridotta del 20 %

15 Installazioni tipiche Compensazione fissa di trasformatori Compensazione individuale di grandi motori ( > 50 kw ) Compensazione di carichi variabili

16 Compensazione di trasformatori Vantaggi : Aumenta la disponibilità di potenza Riduce le perdite Riduce la caduta di tensione Grado di compensazione : Regola generale : 10 % della potenza nominale in kva del trasformatore Nota : verificare la risonanza tra trasformatore e condensatore La frequenza di risonanza si calcola con la seguente formula : Dove : f = frequenza di risonanza fp = frequenza di rete Psc = potenza di corto circuito del trafo in kva Pc = potenza del condensatore in kvar f = Se la frequenza risultante è vicino alle armoniche più comuni (5, 7, 11, 13 ecc.) è necessario modificare il valore del condensatore. fp Psc Pc

17 Compensazione di motori Grado di compensazione : 1 : Regola generale : 40 % della potenza nominale del motore 2 : Utilizzo delle apposite tabelle 3 : Calcolo basato sulle caratteristiche individuali del motore Scegliere sempre un condensatore la cui corrente sia il 90 % della corrente a vuoto del motore Vn In IC = 0,9 x I0 I0

18 Banchi di rifasamento automatico Vantaggi Regolazione del cos Migliore utilizzo dei condensatori rispetto alla compensazione individuale Evita la possibilità di sovracompensazione Requisiti di un quadro di rifasamento Corretta scelta delle caratteristiche del regolatore (c/k) e della potenza del gradino per evitare pendolamenti. Verificare l intervallo minimo di disinserzione / inserzione per evitare l inserzione del condensatore ancora carico. Insensibilità alle armoniche Protezione contro la mancanza di tensione (disinserzione automatica )

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