Energetica Elettrica

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Energetica Elettrica"

Olimpia Bosco
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Energetica Elettrica Conversione Elettrica/Elettrica Analisi Energetica ITS Efficienza Energetica E. Amaldi Macomer Ing. Giuliano Deledda Luglio 2014

2 Introduzione L'energia elettrica acquistata dalle aziende, solitamente, viene consegnata in media (MT) o alta tensione (AT): è l'azienda stessa ad adattarla (in termini di tensione) alle proprie esigenze. Per tale ragione si dota di opportuni trasformatori (AT/MT, MT/BT) in modo da alimentare le utenze alla tensione adeguata (BT, solo alcune utenze sono alimentate direttamente in MT come forni e motori di grande potenza). La consegna in bassa tensione avviene, di norma, solo per utenze di potenza inferiore al 100 KW. 2/27

3 Introduzione A tale scopo provvedono le cabine di trasformazione nelle quali, oltre ai trasformatori, sono presenti anche altri apparati. Il rendimento dei trasformatori non è mai inferiore al 96%. Confine sito produttivo Consegna in MT Utenza Cabina MT/BT 3/27

4 Introduzione Una cabina elettrica di trasformazione è costituita dall insieme dei dispositivi dedicati alla trasformazione della tensione fornita dalla rete di distribuzione in media tensione, tipicamente 15kV o 20kV, in valori di tensione adatti per l alimentazione delle linee in bassa tensione, tipicamente 400V - 690V. Le cabine elettriche possono essere sia pubbliche che private: ci riferiamo a questo ultimo caso. 4/27

5 Introduzione Accesso consentito da pubblica via. Schema di una cabina di trasformazione MT/BT 5/27

6 Introduzione Le cabine private sono nella maggioranza dei casi ubicate nei locali stessi dello stabilimento da esse alimentato e sono costituite fondamentalmente da tre locali distinti: Locale di consegna: dove sono installate le apparecchiature di manovra dell ente distributore e dove è presente il punto di prelievo che rappresenta il confine e la connessione tra l impianto di rete pubblica e l impianto di utenza. Locale misura: in cui sono posizionati i gruppi di misura. Locale utente: dove è situato il trasformatore e le apparecchiature di manovra e protezione in MT e BT di pertinenza dell utente. 6/27

7 Introduzione Tipicamente è previsto che il cliente debba utilizzare trasformatori MT/BT con primario a triangolo e secondario stella a terra; Questo rende facilmente disponibile le tensioni concatenata e di fase. 7/27

8 Perdite nei trasformatori Le perdite nei trasformatori possono essere di due tipi: perdite a vuoto (no load losses) e perdite a carico (load losses). Le perdite a vuoto sono dovute quasi esclusivamente a perdite nel ferro (perdite per isteresi e per correnti parassite), dipendono dal quadrato della tensione e esistono, indipendentemente dal valore del carico, tutte le volte che il trasformatore è alimentato. Le perdite a carico sono dovute principalmente all'effetto Joule causato dal passaggio della corrente nei conduttori; dipendono dal quadrato della corrente di carico (o della potenza apparente). A queste si aggiungono perdite addizionali. Le prime possono essere ridotte migliorando la qualità dei lamierini e le seconde aumentando la sezione dei conduttori. 8/27

9 Perdite nei trasformatori Le norme (CEI) fissano valori standard per le perdite nei trasformatori. In base a questi si hanno: Trasformatori a perdite normali; Trasformatori a perdite ridotte. In fase di progetto si stabiliscono: Le perdite a vuoto a tensione nominale; Le perdite a carico a corrente nominale. Si definisce r il rapporto tra le perdite a carico nominale (P cn ) e le perdite a vuoto a tensione nominale (P 0 ). Valori tipici di questo parametro sono compresi tra 5 e 8. r= P cn P 0 9/27

10 Perdite nei trasformatori Parametri standard per trasformatori ad olio MT/BT (perdite normali) 10/27

11 Perdite nei trasformatori Parametri standard per trasformatori ad olio MT/BT (perdite ridotte) 11/27

12 Rendimento dei trasformatori Dall'espressione generale del rendimento: η= P out P out +P loss si determina la seguente relazione: x P η= n x P n +(P 0 +x 2 P ) cn Nella precedente la P out è espressa in funzione del fattore di carico (x), definito dal rapporto tra la potenza resa e la potenza nominale. 12/27

13 Rendimento dei trasformatori Nella precedente si hanno: Fattore di carico: La potenza nominale resa è data per un prefissato fattore di potenza (kw): Potenza nominale (kva): Perdite a vuoto a tensione nominale (kw): Perdite a carico nominali (kw): x=100 P out P n P n =A n cos(ϕ) A n P 0 P cn 13/27

14 Rendimento dei trasformatori Risulta importante determinare la condizione di funzionamento (per r fissato) cui corrisponde il rendimento massimo. Per cui imponendo la condizione: d η d x =0 Si trova che il rendimento massimo si ha in corrispondenza della condizione per cui le perdite a vuoto sono uguali a quelle a carico: P 0 =x 2 P cn 14/27

15 Introduzione Si consideri un gruppo di trasformatori caratterizzati da: Stessa potenza nominale: Uguali perdite totali a carico nominale: Uguale rendimento a carico nominale Diversi valori di r: P n =cost 1 P tot =P 0 +x 2 P cn =cost 2 r=p cn /P 0 Costruendo le curve del rendimento in funzione del fattore di carico, per diversi valori di r, si trova che all'aumentare di r il valore di x di massimo rendimento si riduce. 15/27

16 Rendimento dei trasformatori η= x P n x P n +(P 0 +x 2 P cn ) P 0 =x 2 P cn r= P cn P 0 P n =cost 1 P tot =P 0 +x 2 P cn =cost 2 x ηmax = 1 r P out <P n P out >P n Rendimento massimo con trasformatore a carico parziale x= P out P n P out =P n 16/27

17 Rendimento dei trasformatori Per quanto concerne r, valori tipici per le applicazioni industriali sono compresi tra 4 e 7, per il fattore di carico sono compresi tra 35% e 55%, mentre la massima efficienza è superiore al 98%. Non è consigliabile, dal punto di vista energetico, consentire al trasformatore di lavorare continuamente in condizioni di massimo carico. 17/27

18 Scelta del trasformatore La scelta del trasformatore si basa su numerosi parametri: Specifiche impiantistiche; Sicurezza di esercizio; Costi (di investimento, di manutenzione e operativi). Il risparmio energetico non è vincolante ai fini della scelta del trasformatore, ma una volta effettuato occorre rispettare le condizioni di massimo rendimento. Il dimensionamento deve considerare un carico medio durante un certo periodo cui corrispondano le stesse perdite in condizioni di esercizio. Per bassi carichi occorrono r elevati. Si determina infine la potenza di targa del trasformatore in corrispondenza della massima efficienza. 18/27

19 Esempio di trasformatore r= P cn P 0 =6.2 η Max Prestazioni di un trasformatore MT/BT (perdite normali) 19/27

20 Esempio di trasformatore 20/27

21 Applicazioni Dimensionare il trasformatore noti i seguenti dati: Carico medio: 400 kw; Fattore di carico medio: 0.85; Ore di funzionamento: 3200 ore/anno; Ore di stop: 5560 ore/anno; Si consideri un trasformatore raffreddato ad olio le cui caratteristiche sono di seguito riportate. 21/27

22 Applicazioni Determinazione della potenza nominale del trasformatore che fornisce la massima efficienza in condizioni di pieno carico. 22/27

23 Applicazioni x= P out P n = 400 kw A n 0.85 η= x P n x P n +(P 0 +x 2 P cn ) 23/27

24 Applicazioni r= P cn P 0 P load =x 2 P cn η Max x= P out P n = 400 kw A n 0.85 η= P out P out +P loss P loss =P 0 +x 2 P cn 24/27

25 Applicazioni Passiamo, quindi, alla determinazione delle perdite energetiche annuali: Le perdite a vuoto: P 0 Δ t stop La perdite a carico: (P 0 +x 2 P cn ) Δ t load 25/27

26 Applicazioni Da un rapido esame della tabella si determina un risparmio pari a 6188 kwh/anno, calcolato mettendo a confronto i trasformatori da 400 kva e 1000 kva. Confrontare le perdite annuali relative ai trasformatori a perdite normali e ridotte. In questo caso sono le valutazioni economiche a guidare la scelta. 26/27

27 Applicazioni Confronto tra trasformatore MT/BT con perdite normali e ridotte 27/27

Documenti analoghi

M02 Trasformatori ad alta efficienza

M02 Trasformatori ad alta efficienza LPQI is a member of Leonardo Energy LPQI has been co-financed by Franco Bua franco.bua@ecd.it Master Universitario di I livello INGEGNERIA DEI SISTEMI E DEI SERVIZI