Prerequisiti. Aver seguito la lezione sulla corrente di impiego Fattore di potenza cosφ

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1 IL RIFASAMENTO

2 Introduzione In questa lezione apprenderemo cosa comporta l angolo di sfasamento tra tensione e corrente in una linea elettrica Al termine della lezione saremo in grado di dimensionare i condensatori che servono a rifasare i carichi al fattore di potenza imposto dall Ente distributore

3 Programma Relazione tra angolo di sfasamento, natura del carico e potenza attiva Bilancio della potenza reattiva Calcolo della capacità dei condensatori di rifasamento

4 Obiettivo Il dimensionamento dei condensatori e il loro posizionamento immediatamente a monte dei carichi permette migliore sfruttamento, gestione ed esercizio della rete

5 Prerequisiti Aver seguito la lezione sulla corrente di impiego Fattore di potenza cosφ

6 Terminologia Potenza apparente: S = V*I potenza di dimensionamento degli impianti elettrici Carico Ohmico: utilizzatore in cui tutta la potenza apparente assorbita è utilizzata come potenza attiva per compiere lavoro (lampade ad incandescenza, forni a resistenza Carico ohmico-induttivo: utilizzatore in cui parte della potenza apparente assorbita è utilizzata per eccitare i circuiti magnetici e non può essere impiegata come potenza attiva per compiere lavoro

7 Rifasamento Il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente esprime il fattore di potenza cosφ, ossia lo sfasamento che si instaura tra tensione e corrente quando l utilizzatore non è puramente ohmico: Cosφ = P/S 0 cosφ 1 0 : carico induttivo; 1: carico ohmico

8 Rifasamento perché? Un utilizzatore a basso fattore di potenza richiede alla rete più potenza apparente (quindi più corrente) rispetto ad uno con fattore di potenza più elevato L Ente gestore della rete, per contenere le cadute di tensione e le perdite lungo la linea, che dipendono dal valore della corrente, impone di IFASARE I CARICHI AD UN FATTORE DI POTENZA PARI A 0,9 Tale risultato si ottiene inserendo in parallelo ai carichi dei condensatori di rifasamento che bilancino con la loro potenza reattiva-capacitiva quella reattiva-induttiva del carico

9 Approfondimento I condensatori di rifasamento vanno collegati in parallelo al carico e non in serie perché, sebbene dal punto di vista del bilancio della potenza reattiva la modalità di collegamento è indifferente, il collegamento in serie provocherebbe ulteriore caduta di tensione.

10 ESEMPIO : Rifasamento perché? 2 motori trifase con potenza P = 10kW e diverso cosφ M 1 : cosφ 1 = 0,5 Calcoliamo la corrente assorbita I b1 = P/1,73V cos φ 1 = 28,9 A M 2 : cosφ 2 = 0,9 Calcoliamo la corrente assorbita I b2 = P/1,73V cos φ 2 = 16,05A È evidente che a parità di potenza assorbita dall utilizzatore, un fattore di potenza maggiore comporta notevole riduzione della corrente

11 Rifasamento come? Il rifasamento si può realizzare: Installando a monte dell impianto una batteria di condensatori di potenza reattiva-capacitiva calcolata sull intera potenza del carico, in tal caso si parlerà di rifasamento centralizzato; Installando per ciascun carico una batteria di condensatori di potenza adeguata alla potenza del singolo carico da rifasare, in tal caso si parlerà di rifasamento distribuito; Installando batterie di condensatori per gruppi di carichi, con potenza rifasante adeguata alla potenza totale del gruppo di carichi da rifasare, in tal caso si parlerà di rifasamento misto o per gruppi.

12 Rifasamento: tipologie Rifasamento concentrato Rifasamento distribuito

13 Rifasamento: tipologie Rifasamento misto o per gruppi

14 Rifasamento I b e V Aumentando il valore del cos ϕ complessivo dell impianto, per le relazioni (1) e (2) si ottiene una riduzione della corrente circolante sulla linea e di conseguenza si ottengono i seguenti vantaggi: Minori perdite sulla linea, infatti essendo P L = R L I 2 consegue un aumento del rendimento di linea e quindi minor costo di esercizio; Per le relazioni (7) e (8) si riduce la V e quindi miglior funzionamento degli utilizzatori alimentati; Riduzione della sezione dei conduttori di linea e quindi minor costo di impianto.

15 Calcolo capacità dei condensatori di rifasamento La potenza rifasante dei condensatori si calcola come segue: Q c = P (tgφ -tg φ r ) (16) Q c = potenza reattiva-capacitiva rifasante dei condensatori P = potenza media assorbita dal carico ϕ = angolo di fase esistente nell impianto prima del rifasamento ϕ r = angolo di fase che si vuole raggiungere dopo il rifasamento

16 Calcolo capacità dei condensatori di rifasamento La capacità dei condensatori di rifasamento vale C = Q C / 3ωV 2 (17) Sistema trifase e condensatori collegati a TRIANGOLO C = Q C / ωv 2 (18) Sistema trifase e condensatori collegati a STELLA N.B. :la capacità dei condensatori collegati a triangolo è 1/3 di quella che si ottiene collegandoli a stella, ciò comporta un vantaggio economico C = Q C / ωe 2 Sistema monofase (19) V = tensione concatenata e ω = pulsazione (314 rad/sec) E = tensione stellata

17 Rifasamento di carichi trifase Condensatori di rifasamento collegati a triangolo Condensatori di rifasamento collegati a stella

18 Esercitiamoci Rifasare un carico trifase che assorbe potenza attiva P = 10 kw con cosϕ = 0,6. SOLUZIONE Rifasare vuol dire raggiungere cosϕ = 0,9, applichiamo la (16) Q c = tg[cos 1 (0,6)] tg[cos 1 (0,9)] = tg(53,13) tg(25,84) = = ,33 0,48 = 8500 VAR conviene per ragioni economiche collegare i condensatori a triangolo e quindi la capacità risulta dalla (17) C = 8500/(3x314x400 2 ) = 56 x10-6 [F] = 56 [µf]

19 Altre fonti di informazione Manuale degli impianti elettrici Baronio, Bellato, Montalbetti Editoriale Delfino Norma CEI