Appendice B Ripartizione del carico reattivo

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1 139 Appenice B Ripartizione el carico reattivo B.1 Gruppi elettrogeni in parallelo in isola La istribuzione ella potenza attiva è realizzata con i ripartitori i carico che, interfaccianosi con i regolatori i giri, regolano il valore ell angolo i coppia δ, cioè la potenza attiva erogata a ogni gruppo elettrogeno (vei Capitolo 4 paragrafo 4.3). Se non si apporta alcun intervento sull apparato i regolazione ella tensione, e a seguito ell inserzione i un certo carico, si potrebbe instaurare una elle ue conizioni illustrate nel iagramma i igura B.1, ove si consiera il generatore -esimo, a poli lisci (la semplificazione non riuce la bontà el risultato ello stuio), connesso con N generatori in parallelo su una rete in isola. sin sin j j igura B.1 Diagramma vettoriale el generatore -esimo inserito in parallelo con altri (N-1) generatori Dal iagramma si intuisce che il vincolo creato al ripartitore i carico è la costanza el prootto relazioni: sin, mentre, con gli altri gruppi elettrogeni e il carico, evono veicarsi le P P carico N i1 i P ; Q Q Q i carico N i1 i i Pertanto, il generatore -esimo eroga una potenza attiva pari a quella stabilita in see i regolazione el proprio ripartitore i carico, mentre può assorbire o erogare un valore qualsiasi i potenza reattiva, rispettano comunque la relazione i cui sopra. La macchina, unque, può trovarsi nella spiacevole conizione i funzionare con un fattore i potenza molto basso (inferiore a 0.8), conizione per cui il sistema i eccitazione è in sovraccarico; inoltre, per l instabilità i

2 Appenice B Ripartizione el carico reattivo 140 funzionamento e la variabilità elle caratteristiche interne ei generatori e ei loro apparati i regolazione, può eterminarsi un palleggiamento ella potenza reattiva fra i vari gruppi elettrogeni. Per evitare ciò, gli alternatori vengono otati i una apparecchiatura chiamata ispositivo i parallelo, che ha la funzione i ripartire la corrente totale in funzione ella potenza apparente nominale i ciascun generatore. l ispositivo i parallelo è costituito a una bobina avvolta su un nucleo ferromagnetico a traferro costante, le cui caratteristiche sono ipenenti al moello el generatore. Nel nucleo circola un flusso sinusoiale inotto alla corrente i fase erogata alla macchina: esso inuce, ai capi ella bobina, una tensione il cui moulo è proporzionale alla corrente e in quaratura in anticipo rispetto alla corrente stessa. n breve, il ispositivo i parallelo è un trasuttore -, con tensione i uscita pari a: jk ove K è una costante ipenente alle caratteristiche costruttive el ispositivo stesso. Quest ultimo viene collegato in moo a essere attraversato alla corrente ella fase a cui viene prelevato il erimento per il regolatore elettronico i tensione (vei igura B.). Dispositivo i parallelo s AR s Regolatore i tensione s igura B. Collegamento el ispositivo i parallelo Come si può notare, la tensione introuce nel sistema i regolazione un errore, il cui valore è funzione ella corrente erogata al generatore e el suo sfasamento (vei igura B.3). Nel funzionamento a vuoto la tensione ella macchina è pari a quello i erimento regolatore i tensione. nfatti, si ha: è nulla e, quini, il valore ella f.e.m. ai morsetti, cioè al valore i tensione impostato nel 0

3 Con carico puramente inuttivo, la tensione Appenice B Ripartizione el carico reattivo 141 è maggiore el erimento a vuoto (vei igura B.3), cosicché il regolatore reagisce iminueno la corrente per l eccitatrice fintantoché risulta veicata l uguaglianza: Pertanto, con cos 0in, la tensione ai morsetti ella machina è pari a: 0 0 K La tensione in uscita viene riotta rispetto a quella a vuoto i un valore pari a quello ell errore introotto al ispositivo i parallelo. Con carico puramente capacitivo, il sistema si comporta in moo opposto al preceente (vei igura B.3): l errore introotto al ispositivo i parallelo è opposto alla tensione i fase e, quini, la tensione i uscita è pari a: 0 0 K cioè, maggiore i quella a vuoto. Con carico puramente resistivo, e in tutti gli altri casi intermei, la tensione ai morsetti i rilevamento el regolatore i tensione è pari alla somma vettoriale ella tensione i fase e ell errore el ispositivo i parallelo. n particolare, per fattore i potenza unitario, la tensione i rilevamento per il regolatore i tensione è pari al valore assoluto ella somma vettoriale ella tensione i fase e ella tensione el ispositivo i parallelo, cioè: Pertanto, la tensione ai morsetti ella macchina imposta al regolatore è pari a: K K 0 K

4 Appenice B Ripartizione el carico reattivo 14 jk jk jk Carico puramente inuttivo Carico puramente capacitivo Carico puramente resistivo igura B.3 Comportamento el ispositivo i parallelo La tensione i uscita ell alternatore viene moificata, rispetto a quella a vuoto, secono l anamento qualitativo rappresentato in igura B.4, per i casi puramente inuttivo, puramente capacitivo e puramente resistivo. 0 K puramente capacitivo 0 puramente inuttivo K 0 K puramente resistivo (3 4)% i n igura B.4 Anamento ella tensione i uscita i un generatore con ispositivo i parallelo Quano ue macchine i potenza apparente iversa vengono poste in parallelo, si stabilisce in ciascun generatore una corrente proporzionale alla propria potenza nominale, secono la ripartizione inicata alla igura B.5. nfatti, i ue punti i funzionamento evienziati sono stabili: se il sistema viene perturbato a questa conizione i equilibrio, esso si riporta spontaneamente alle conizioni preceenti alla perturbazione.

5 Appenice B Ripartizione el carico reattivo 143 Se la ripartizione el carico attivo i ciascun gruppo elettrogeno connesso in parallelo è proporzionale alla potenza apparente ei rispettivi alternatori, le macchine funzionano con un fattore i potenza pari a quello el carico. Questa conizione è quella a cui tenere, poiché consente all impianto i funzionare nelle migliori conizioni possibili. sbarra Carico ohmico-inuttivo 3 4% i G1 G 1 n1 n igura B.5 Ripartizione ella corrente tra ue alternatori otati i ispositivo i parallelo B. Gruppi elettrogeni in parallelo con la rete l gruppo elettrogeno connesso in parallelo alla rete pubblica i istribuzione ell energia elettrica è rappresentabile come un generatore otato i propria impeenza serie collegato a un generatore ieale i tensione (vei igura B.6). La rete, infatti, è raffigurabile come un generatore a tensione costante che impone la propria frequenza, poiché i potenza molto più grane rispetto a quella el gruppo elettrogeno. s igura B.6 Circuito equivalente gruppo elettrogeno in parallelo alla rete

6 Appenice B Ripartizione el carico reattivo 144 Trascurano la resistenza egli avvolgimenti (per una potenza i 00 A è 15 0 volte più piccola ella reattanza sincrona iretta) e consierano la macchina a poli lisci, si può rappresentare il sistema gruppo elettrogeno rete con il iagramma vettoriale i igura B.7. sin j s igura B.7 Diagramma vettoriale i un generatore connesso in parallelo alla rete issate le conizioni i erogazione ella potenza attiva ( sin cos tan te ), con la taratura el relativo ripartitore i carico, il gruppo elettrogeno può trovarsi nelle conizioni i erogare o assorbire, per e alla rete, un qualsiasi valore i potenza reattiva. Come ribaito al preceente paragrafo, il funzionamento in regime i forte smagnetizzazione, come quello con fattori i potenza inuttivi inferiori a 0.8, è intollerabile per l alternatore, poiché etermina il sovraccarico el sistema i eccitazione; il funzionamento in regime magnetizzante (cosφ capacitivi), invece, può portare alla instabilità el sistema i regolazione ella tensione e, quini, all intervento elle protezioni i interfaccia con relativo sgancio al regime i parallelo. Pertanto, per permettere al gruppo elettrogeno i funzionare nelle migliori conizioni in regime i parallelo con la rete, si eve otare la macchina i un ispositivo i regolazione automatica el fattore i potenza. sso si interfaccia con il regolatore i tensione e con il ispositivo i parallelo ell alternatore, per regolare il valore ella corrente i eccitazione, affinché si ottenga il funzionamento voluto. nfatti, a secona ei casi, può essere conveniente far funzionare la macchina a potenza reattiva costante o a cosφ costante. Nel primo caso il regolatore el fattore i potenza opera in moo che all aumentare ella potenza attiva erogata, il cosφ aumenti progressivamente. Nel secono caso, invece, il regolatore agisce affinché all aumento ella potenza attiva corrispona un aumento ella potenza reattiva (vei igura B.8).

7 Appenice B Ripartizione el carico reattivo 145 j j P j j P Q Q j j unzionamento a cosφ costante unzionamento a Q costante igura B.8 Diagramma vettoriale i un generatore connesso in parallelo alla rete per funzionamento a cosφ costante e a Q costante l regolatore el fattore i potenza risulta efficace anche co\me salvaguaria ell alternatore nei confronti elle variazioni ella tensione i rete. nfatti, se la tensione imposta al generatore ieale (la rete) subisce una iminuzione el suo moulo, si etermina un ecremento el fattore i potenza e, quini, una notevole richiesta i corrente con la probabilità i eterminare un sovraccarico el sistema i eccitazione. A imostrazione i quanto asserito, si vea quanto segue. sono: Le potenze attiva e reattiva erogate al gruppo elettrogeno, per una ata conizione i parallelo, P sin costan te (fissata al ripartitore); Q cos La potenza apparente è: A P Q sin cos Dopo alcuni passaggi si ha: 3 A cos 4 Approssimano, si ha:

8 A 1 cos Appenice B Ripartizione el carico reattivo 146 Quini, per una stabilita potenza attiva, e coinciente i solito con quella nominale el gruppo elettrogeno, è sufficiente una piccola variazione ella tensione i rete per richieere al generatore una grossa variazione i corrente e i potenza reattiva. l regolatore è provvisto i un circuito a inseguimento i tensione, affinché, urante la fase i sincronismo, anteceente la chiusura el parallelo, si ottenga una equalizzazione elle tensioni i rete e el generatore, consenteno i eseguire la manovra senza forti correnti i circolazione transitorie. Per le applicazioni in parallelo alla rete è consigliabile il funzionamento a cosφ costante, in moo a evitare possibili inconvenienti al sistema i eccitazione ell alternatore. PR AR DP GS Legena PR: Power actor Regulator AR: Automatic oltage Regulator DP: Dispositivo i Parallelo igura B.9 nterfacciamento el regolatore el fattore i potenza con il regolatore i tensione e con il ispositivo i parallelo