RIFASAMENTO INDUSTRIALE Con condensatori 3Ut e 3In

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1 2012 RIFASAMENTO INDUSTRIALE Con condensatori 3Ut e 3In POWER FACTOR CORRECTION SYSTEMS With 3Ut and 3In capacitors Migliora l efficienza dell impianto elettrico, ne riduce l impatto ambientale Better efficiency of the electrical system, lower environmental impact CERT. N.9170 ICAR UNI EN (ISO 9001)

2 Visita il nostro NUOVO sito internet troverai cataloghi, manuali, referenze applicative, indirizzi degli agenti, e molto altro. Il sito è articolato in tre aree: - Azienda : la storia di ICAR, una breve descrizione dell attvità, il sistema Qualità, alcuni tra i più importanti lavori realizzati - Informazioni : riporta le ultime novità, i riferimenti dell organizzazione commerciale, gli indirizzi della sede e delle unità produttive - Prodotti : tutte le famiglie delle apparecchiature ICAR, le relative applicazioni, la sezione download con tutta la documentazione tecnica e commerciale disponibile (manuali, cataloghi, brochure, indicazioni applicative, certificati, etc.), i servizi offerti. Il nuovo sito internet, disponibile in italiano ed inglese, è stato progettato per essere un valido strumento di lavoro soprattutto per installatori e progettisti, che troveranno un supporto utile e di facile consultazione. Visit our NEW internet website you can find catalogues, manuals, regional sales addresses, and much more. The renewed website has three main areas: - "Company": containing the history of ICAR, a brief description of its activities and the Quality System. - "Information": it shows the latest news, ICAR sales organization, and how to reach the headquarter and production plants. - "Products": ICAR product range, its applications, and the download area where the whole of technical and commercial documentation (manuals, catalogues, brochures, application forms), is easily available. The new website has been designed to be helpful and user-friendly for all.

3 : technology looking ahead Fondata nel 1946, ICAR ha rapidamente raggiunto e costantemente mantenuto una posizione di avanguardia nella ricerca e nello sviluppo di nuovi prodotti nel campo dei condensatori e dei componenti per i quali i condensatori sono una parte fondamentale. Fin dai primi anni '60, precorrendo i tempi, ICAR iniziò la produzione dei condensatori in film di polipropilene metallizzato, sviluppandone in proprio la metallizzazione, così da avere sotto controllo l'intero processo produttivo. Oggi ICAR Group è leader nella produzione di sistemi di rifasamento in Bassa e Media Tensione; controlla con proprie aziende tutte le fasi produttive del condensatore, core business del gruppo: dal film in polipropilene/fogli di carta speciale, alla loro metallizzazione, la realizzazione del condensatore finito, la produzione dei quadri di rifasamento BT e dei banchi MT. Il Gruppo ICAR è oggi costituito da 6 siti produttivi dislocati tutti in Europa, ed il completo controllo diretto della filiera produttiva è la miglior garanzia di qualità del prodotto finale. Oltre ai sistemi di rifasamento BT fissi e automatici, ed ai filtri BT attivi e passivi, oggetto del presente catalogo, ICAR produce: condensatori per rifasamento lampade; condensatori per avviamento marcia motori; condensatori per elettronica di potenza e speciali; condensatori, banchi di rifasamento e filtri passivi MT; stabilizzatori di tensione BT e MT; trasformatori ed induttanze. Founded in 1946, ICAR has rapidly reached and constantly maintained a position that is in the vanguard for the research and development of new products in the field of capacitors and components for which capacitors are key parts. Since the early 60 s, ahead of its time, ICAR started the production of metalized polypropylene film capacitors, developing the metallization by its own in order to have the whole manufacturing process under control. Today ICAR Group is leader in the production of Low and Medium voltage power factor correction capacitors; by its companies ICAR controls all the manufacturing phases of the capacitor, core business of the group; from the polypropylene film/special paper sheets to their metallization, the production of the finished capacitor, L.V. power factor correction systems and M.V. banks. Nowadays ICAR group is made of 6 manufacturing plants all displaced in Europe and the entire direct control of the productive chain is the best quality guarantee of the final product. Beside fixed or automatic L.V. power factor corrector banks and active and passive L.V. filters, object of this catalogue, ICAR produces: lighting capacitors; motor run capacitors; power electronics and special capacitors capacitors, banks and passive L.V filter L.V. and M.V. voltage stabilizers; transformers and chokes. 0.1

4 CONDENSATORI PER RIFASAMENTO LAMPADE LIGHTING CAPACITORS Qualsiasi soluzione per il rifasamento degli apparecchi illuminanti è realizzabile con le diverse Serie di Condensatori appartenenti a questa famiglia di prodotto. Le Serie in Custodia Plastica TYPE A e Custodia Metallica TYPE B, la molteplicità delle connessioni e dei sistemi di fissaggio rendono idoneo il condensatore ICAR, adatto sia al rifasamento parallelo che serie. I marchi ENEC e UL certificano la conformità dei Condensatori Icar alle norme vigenti e ne garantiscono la qualità. The ICAR series of lighting capacitors are suitable for parallel and series power factor correction applications in both fluorescent and discharge light fittings. Moreover Plastic Case Type A and Metal Case Type B capacitors can be equipped with a wide range of fixing devices and termination options. ENEC and UL approvals certify that ICAR lighting capacitors are in compliance with the latest standards. ENEC and UL marking assures the customer of an ICAR product with high levels of quality and reliability. CONDENSATORI PER AVVIAMENTO MARCIA MOTORI MOTOR RUN CAPACITORS La gamma di prodotto è la più ampia presente sul mercato e comprende Condensatori in Film di Polipropilene utilizzabili per i livelli di tensione da 250V a 500V, con aspettativa di vita e di utilizzo fino a ore. I terminali e gli accessori di fissaggio a catalogo consentono l utilizzo del Condensatore ICAR in qualsiasi applicazione. Il particolare design del Condensatore ICAR distingue i ns. componenti per qualità ed affidabilità. I marchi IMQ, VDE e UL garantiscono la conformità dei Condensatori ICAR alle normativa internazionale. The ICAR motor run capacitor product range is one of the largest on the market. The polypropylene film capacitors are available for different levels of voltage from 250V up to 500V with long life ratings up to hours. The variety of terminations and fixings shown in our catalogue give the possibility to use these capacitors in any kind of application. The special design of ICAR capacitors distinguish these components with quality and reliability. IMQ, VDE and UL approvals guarantee the ICAR motor capacitor range meets with international standards. CONDENSATORI PER ELETTRONICA DI POTENZA E SPECIALI POWER ELECTRONICS AND SPECIAL CAPACITORS Condensatori in film polipropilene o in carta bimetallizata per utilizzo come: filtro di ingresso lato continua per inverter industriali (serie LNK) o per trazione (serie LNK e Bioenergy D) filtro in uscita lato alternata per inverter ed UPS (serie LNF) protezione di semiconduttori (serie THY ed MSR) applicazioni varie in CA e CC (serie MSR e Bioenergy A) forni ad induzione a media frequenza e applicazioni medicali condensatori speciali per accumulo di energia Polypropilene film capacitors for: DC link input filter for both industrial (series LNK) and traction (series LNK and Bioenergy D) inverters AC filter for inverters and UPS (series LNF) snubber capacitors for semiconductors (series THY and MSR) all purpose AC and DC capacitors (Series MSR and Bioenergy A) medium frequency furnaces and medical application special capacitors for energy storage 0.2

5 CONDENSATORI E BANCHI DI RIFASAMENTO MT M.V. P.F.C. CAPACITORS AND BANKS Ampia gamma di condensatori M.T. con potenze da 50 a 800kvar, disponibili in unità monofasi e trifasi e per tensioni sino a 24kV di tensione di servizio. Composizioni di banchi di rifasamento uso interno ed esterno sino a 150kV, filtri MT. Wide range of M.V. power capacitors with powers from 50 to 800 kvar, they are available in single and three phase versions, up to 24 kv rated voltage. Up to 150 kv indoor and outdoor use capacitor banks can be supplied on customer need. STABILIZZATORI DI TENSIONE VOLTAGE STABILISERS Stabilizzatori elettrodinamici e statici, trifase e monofase, BT e MT da 1 a 4000kVA con controllo a microprocessore. Condizionatori di linea elettrodinamici, trifase e monofase, BT e MT da 1 a 2000kVA con controllo a microprocessore. Electrodynamic and static voltage stabilisers, single-phase and three-phase, LV and MV from 1 up to 4000kVA with microprocessor control system. Electrodynamic line conditioners, single-phase and three-phase, LV and MV from 1 up to 2000kVA with microprocessor control system. TRASFORMATORI ED INDUTTANZE TRANSFORMERS AND CHOKES Trasformatori elettrici, monofase e trifase, BT e MT per isolamento galvanico, UPS e raddrizzatori. Trasformatori MT per distribuzione e raddrizzatori inglobati in resina. Reattori-Induttanze-Reattanze, monofase e trifase, BT e MT per rifasamento, di filtro CA/CC Single-phase and three-phase MV and LV Electric Transformers for galvanic isolation, UPS and raddrizzatori. Epoxy resin MV Transformers for distribution and raddrizzatori. Single-phase and Three-phase MV and LV reactors and chokes for power correction system and AC/DC filters. 0.3

6 ICAR È IL CONDENSATORE, SICURO! ICAR SpA è dal 1946 sinonimo di condensatore, coniugato nelle sue molteplici applicazioni. Da sempre ICAR crede nella qualità dei suoi prodotti e nella forza delle normative internazionali per l ottenimento degli elevati standard prestazionali richiesti al condensatore per applicazioni industriali. ICAR è oggi una delle poche aziende in grado di produrre condensatori partendo dalla materia prima e arrivando fino al prodotto finito: tutto il processo è controllato per ottenere un prodotto con elevato livello qualitativo, che garantisce il funzionamento anche nelle configurazioni impiantistiche più gravose. ICAR produce oggi differenti tipologie di condensatori, da quelli per rifasamento lampade e motori monofasi a quelli per elettronica di potenza (trazione elettrica, azionamenti industriali), a quelli di media tensione. Le peculiari caratteristiche richieste a questi prodotti in termini di sollecitazioni elettriche, meccaniche e termiche hanno permesso di trovare soluzioni tecniche che poi hanno avuto interessanti applicazioni anche in altri ambiti: ad esempio l ottimizzazione dei condensatori per applicazioni speciali ha permesso di individuare soluzioni molto robuste che sono state poi applicate ai condensatori di rifasamento. La realizzazione del film dielettrico (polipropilene o carta speciale), il processo di metallizzazione, la realizzazione del condensatore e la costruzione del quadro di rifasamento sono eseguiti integralmente in aziende del Gruppo: questo garantisce l ottenimento dei più alti standard qualitativi sia del film metallizzato che, di conseguenza, dei condensatori prodotti. Inoltre, il know how acquisito in quasi 50 anni nella realizzazione del film metallizzato ha permesso ad ICAR di realizzare prodotti assolutamente innovativi, quali i condensatori della gamma 3Ut. Abituata ad operare sui mercati internazionali, ICAR si è confrontata con le richieste degli enti certificatori più severi, ed è certificata UNI EN ISO 9001: ICAR partecipa regolarmente ai comitati CEI per la redazione delle norme di prodotto, finalizzate all ottenimento di criteri oggettivi per valutare le prestazioni e la sicurezza dei condensatori. E costantemente all avanguardia ed in grado di anticipare le richieste normative; per verificare la rispondenza alle norme internazionali e ad ai criteri di accettazione dei clienti più severi, i prodotti e le apparecchiature ICAR sono sottoposti a prove sia nei laboratori interni (dove è possibile provare condensatori fino a 700 μf, e fino alla tensione di 80 kv) che nei laboratori più all avanguardia e internazionalmente riconosciuti (CESI). Il tutto a garanzia della sicurezza del cliente, che si affida ad un partner serio e con una esperienza pluridecennale nella produzione dei condensatori per le applicazioni più disparate. ICAR MEANS CAPACITOR! ICAR SpA is synonym of capacitor from 1946, conjugated over its multiple applications. All along ICAR has been believing in the quality of its products and in the strength of the International regulations for the achievements of the high performance standards required for capacitor in industrial applications. Nowadays ICAR is one of the few companies able to manufacture capacitors starting from the raw material up to the finished product; the entire process is checked in order to obtain a product of high quality level that guarantees its functioning even in the most burdensome plant configurations. Today ICAR produces different type of capacitors, from the lighting and single phase motor types to the ones for power electronics (electric traction, industrial services) and those of medium voltage. The various characteristics demanded to these products in terms of electric, mechanical and thermal stress, enabled to find technical solutions that have been applying in other fields with interesting results: for instance the optimization of capacitors for special applications enabled to find very strong solutions that have been then applied on power factor correction capacitors. The production of the dielectric film (polypropylene or special paper), the metallization process, the production of the capacitor and the construction of the power factor correction banks are fully executed within companies of the Group; that guarantees the achievement of the highest quality standard weather of the metalized film or, consequently, the capacitors manufactured. Furthermore, the know how acquired in almost 50 years of metalized film production, has enabled ICAR to realize absolute innovative products like 3Ut range of capacitors. Used to deal with International markets ICAR faced the requests of the most strict Certification Bodies and was awarded UNI EN ISO 9001: 2000 Certification, ICAR periodically takes part to CEI (Italian Ectrotechnical Commission) for the compilation of the product regulations, aimed at setting the objective criterions to evaluate capacitors performances and safety. It s constantly in the vanguard and able to anticipate the regulations requirements; in order to ensure the accordance with the International regulations and the most strict customers acceptance criterions, products are submitted to tests in the internal laboratories (where it s possible to test capacitors up to 700 μf and voltage up to 80 kv) and in the greatest internationally recognized vanguard laboratories (CESI). Everything is performed for the safety of the customer who entrusted a reliable partner with a pluridecennal experience in capacitors production for the most disparate applications. 0.4

7 IL RIFASAMENTO, UNA SCELTA VANTAGGIOSA TECNICAMENTE ED ECOLOGICAMENTE Il corretto rifasamento di un impianto elettrico ha molteplici risvolti che vanno ben oltre le semplici considerazioni tecniche. In un impianto elettrico l energia utile, che viene trasformata in lavoro, è l energia attiva. Le apparecchiature elettriche che causano basso cos phi richiedono, per il loro corretto funzionamento, una quotaparte di energia ( reattiva ) che provoca un maggior carico sia delle centrali di produzione che delle linee elettriche che veicolano l energia fino all impianto utente. Il rifasamento permette di produrre in sito questa energia reattiva con evidente beneficio per l impianto utente e per la rete a monte. Il corretto rifasamento di un impianto elettrico ha, tecnicamente ed economicamente, i seguenti vantaggi: Evitare le penali applicate dai distributori dell energia agli utenti con basso cos phi. Secondo le indicazioni dell Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas (delibera ) le imprese distributrici sono obbligate a far pagare a ciascun utente con potenza impegnata > 16,5 kw la potenza reattiva consumata in eccesso Per impianti nuovi, ottimizzare il dimensionamento dell impianto in funzione dell effettiva capacità produttiva pianificata Per impianti esistenti, recuperare capacità produttiva senza aggiungere/aumentare le prestazioni di quanto già installato (trasformatori, cavi) Ridurre le cadute di tensione in linea (che possono causare problematiche nell avviamento dei motori, o in impianti serviti da linee MT lunghe e con bassa potenza di cto cto). Ridurre le perdite di energia per effetto Joule nei trasformatori e nei cavi Spesso l ammortamento dell impianto di rifasamento avviene nell arco di poco più di un anno. Oltre a queste considerazioni tecnico/economiche, non bisogna dimenticare l importanza ecologica del rifasamento. Infatti la crescente domanda di energia rende necessario aumentare la potenza totale installata, costruendo nuovi impianti di generazione con il conseguente impatto ambientale per costruzione ed emissione di inquinamento durante la vita utile migliorare le prestazioni delle reti di trasmissione e distribuzione, con l aggiunta di nuove tratte e/o il potenziamento delle esistenti Una politica di rifasamento che portasse il cos phi medio italiano a 0,95 farebbe risparmiare, secondo stime cautelative, all incirca un milione di MWh/anno con evidente beneficio in termini di riduzione dello stress per il parco centrali e la rete di trasmissione/distribuzione dell energia elettrica, riducendo al contempo le emissioni di CO 2 (anidride carbonica) di quasi un milione di tonnellate. Inoltre, la rete italiana di trasmissione dell energia elettrica ne trarrebbe beneficio in termini di riduzione del carico e miglioramente della stabilità. POWER FACTOR CORRECTION, AN ADVANTAGEOUS CHOICE UNDER THE TECHNOLOGICAL AND ECOLOGICAL PROSPECTIVE The proper power factor correction of an electric plant, brings to several implications far beyond the simple technical considerations. In an electric plant, the useful energy that is transformed into work is the active energy. The electric devices that determine a low cos phi, require a quote of ( reactive ) energy for their proper functioning that causes a greater load in both the manufacturing power plant and the electric lines that convey the energy up to the user plant. The power factor correction enables to produce the reactive energy onsite with clearly visible advantage for the user plant and the electric network behind it. The proper power factor correction of an electric plant, has, technically, the following advantages: Avoid the fines applied by the energy suppliers to the users with low cos phi. Accordingly to the indications given by the Italian authority for the Electric Power and Gas the supplier companies are obliged to make each user whose utilized power is > 16, 5 kw pay for the surplus of reactive power (up to 4,21eurocent/kvar) For new plants, optimize the dimensioning of the plant depending on the actual planned production capability For existing plants, recover productive capability without adding/increasing the performances of what already installed (transformers, cables) Reduce line voltage drop (that could cause problems in motors starting or plants served by long MV power lines with low short circuit power). Reduce energy losses due to Joule effect in transformers and cables The amortisation of the a power factor correction system often occurs within a little more then a year. Beside these technical/economical considerations, it can not be forgotten the ecological importance of the power factor correction. In fact, the growing energy demand makes necessary to: -increase the total power installed by building new generating plants with the resulting environmental impact for pollution emission during their life cycle -improve the performances of the transmission and distribution networks with the addition of new lines and/or the expansion of the existing ones. A politic of power factor correction bringing the average Italian cos phi to 0, 95 would make saving, according to preventive estimates, about a million of MWh/year with evident advantage in terms of stress reduction for the power plant park and the energy transmission /distribution network, reducing, at the same time, CO 2 (carbon dioxide) emission of about a million tons. 0.5

8 INDICE INDEX CAP. CHAPT 1 Note introduttive Introduction 2 Criteri di scelta in funzione del tipo di impianto System choice principles in function of plant conditions 3 Soluzioni per rifasamento con condensatori in polipropilene standard o metallizzato ad alto gradiente Standard or high density metallized polypropylene capacitor solutions for power factor correction 3.1 Condensatori cilindrici monofase CRM25 Cylindrical single phase power capacitors 3.2 Condensatori cilindrici trifase CRT-E Cylindrical three phase power capacitors 3.3 Rifasamento fisso trifase modulare SUPERriphaso SP/RP Modular three phase capacitors 3.4 Rifasamento fisso trifase in custodia metallica Riphaso SP/RP Metal case three phase capacitors 3.5 Rifasamento fisso trifase in custodia metallica con reattanze di sbarramento Riphaso FD Detuned filters metal case three phase capacitors 3.6 Sistemi di rifasamento non automatici MICROfix SP/RP Fixed power factor correction systems 3.7 Sistemi di rifasamento automatici MICROmatic, MINImatic, MIDImatic, MULTImatic HP Automatic power factor correction systems 3.8 Sistemi di rifasamento automatici ad inserzione statica MIDImatic, MULTImatic HP/S Thyristor switched automatic power factor correction systems 3.9 Sistemi di rifasamento automatici con reattanze di sbarramento MINImatic, MULTImatic FH Detuned filter automatic power factor correction systems 3.10 Sistemi di rifasamento automatici ad inserzione statica con reattanze di sbarramento MULTImatic FH/S Thyristor switched and detuned automatic power factor correction systems 3.11 Cassetti HP/FH Racks 0.6

9 INDICE INDEX CAP. CHAPT 4 Soluzioni per rifasamento con condensatori in carta bimetallizzata Bimetallized paper capacitor solutions for power factor correction 4.1 Condensatori cilindrici monofase CRM25 Cylindrical single phase power capacitors 4.2 Rifasamento fisso trifase modulare SUPERriphaso TC Modular three phase capacitors 4.3 Rifasamento fisso trifase in custodia metallica Riphaso TC Metal case three phase capacitors 4.4 Rifasamento fisso trifase in custodia metallica con reattanze di sbarramento Riphaso FD Detuned filters metal case three phase capacitors 4.5 Sistemi di rifasamento non automatici MICROfix TC Fixed power factor correction systems 4.6 Sistemi di rifasamento automatici MICROmatic, MINImatic, MIDImatic, MULTImatic TC Automatic power factor correction systems 4.7 Sistemi di rifasamento automatici ad inserzione statica MIDImatic, MULTImatic TC/S Thyristor switched automatic power factor correction systems 4.8 Sistemi di rifasamento automatici con reattanze di sbarramento MINImatic, MULTImatic FD Detuned filter automatic power factor correction systems 4.9 Sistemi di rifasamento automatici ad inserzione statica con reattanze di sbarramento MULTImatic FD/S Thyristor switched and detuned automatic power factor correction systems 4.10 Cassetti TC/FD Racks 5 Filtri passivi e filtri attivi Active and passive filters 5.1 Filtri passivi FT10 Passive filters 5.2 Filtri attivi FA20 Active filters 6 Regolatori di potenza reattiva e protezioni Power factor correction controllers, protection relays 7 Dimensioni Dimensions 0.7

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11 NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION 11 CAP

12 CAP 1 RIFASARE: PERCHE? 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) ed in anticipo se il carico è capacitivo (condensatori). NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION POWER FACTOR CORRECTION: WHY? In electrical circuits the current is in phase with the voltage whenever are in presence of resistors, whereas the current is lagging if the load is inductive (motors, transformers with no load conditions), and leading if the load is capacitive (capacitors) V I V V ϕ=0 ϕ=90 rit. I I ϕ=90 ant. CARICO OHMICO OHMIC LOAD CARICO INDUTTIVO INDUCTIVE LOAD CARICO CAPACITIVO CAPACITIVE LOAD La corrente totale assorbita ad esempio da un motore è determinata dalla somma vettoriale di: 1. I R corrente ohmica dovuta alla componente resistiva del carico; 2. I L corrente reattiva dovuta alla componente induttiva del carico. The total absorbed current, for example, by a motor is determined by vector addition of: 1. I R resistive current 2. I L inductive reactive current V IR I ϕ IL A queste correnti sono associate le seguenti potenze: 1. Potenza attiva associata alla parte resistiva del carico; 2. 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: FP = These currents are related to the following powers 1. active power linked to I R ; 2. reactive power linked to I L ; The reactive power doesn t produce mechanical work and it is an additional load for the energy supplier. The parameter that defines the consumption of reactive power is the power factor. We define power factor the ratio between active power and apparent power: P A A Q ϕ P dove where A = P 2 + Q 2 1.1

13 CAP NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION 1 In assenza di armoniche, il fattore di potenza equivale al coseno dell angolo compreso fra il vettore corrente ed il vettore tensione (cosϕ). Il cosϕ diminuisce all aumentare della potenza reattiva assorbita. Un impianto funzionante a basso cosϕ, presenta i seguenti svantaggi: 1) Elevate perdite di potenza nella trasmissione nelle linee elettriche; 2) Elevate cadute di tensione; 3) Maggior dimensionamento degli impianti di generazione trasporto e trasformazione. Da quanto esposto si capisce l'importanza di ovviare o almeno ridimensionare gli effetti di un basso fattore di potenza. I condensatori servono a raggiungere questo risultato. As for as there are not harmonic currents power factor coincide to cosϕ of the angle between current and voltage vetors. cosϕ decreases as the reactive absorbed power increases. Low cosϕ, has the following disadvantages: 1) High power losses in the electrical lines 2) High voltage variation in the electrical lines 3) Over sizing of generators, electric lines and transformers From this we understand the importance to improve (increase) the power factor. Capacitors need to obtain this result. RIFASARE: COME? Installando una batteria di condensatori è possibile ridurre la potenza reattiva assorbita dai carichi induttivi presenti nell impianto e conseguentemente innalzare il valore del fattore di potenza. E opportuno avere un cosϕ poco superiore a 0,9 per evitare di pagare le penalità previste dalla legge. Il cosϕ non deve essere troppo prossimo all'unità, per evitare di andare in anticipo qualora l'apparecchio rifasato lavori a basso carico (un provvedimento del Comitato Italiano Prezzi proibisce di controfornire energia reattiva alla rete). Le modalità secondo cui effettuare il rifasamento sono molteplici e la loro scelta è funzione della natura e dell andamento giornaliero dei carichi, della loro distribuzione nell'impianto e del tipo di servizio. La scelta va effettuata tra RIFASAMENTO DISTRIBUITO e RIFASAMENTO CENTRALIZZATO. Nel caso di rifasamento distribuito, le unità rifasanti sono disposte nelle immediate vicinanze di ogni singolo carico che si vuole rifasare. Nel caso di rifasamento centralizzato, si installa un'unica batteria di condensatori a monte di tutti i carichi da rifasare e immediatamente a valle del punto di misura del cosϕ (ad esempio nella cabina di trasformazione M.T./B.T. o nel Quadro di Distribuzione Principale). POWER FACTOR CORRECTION: HOW? By installing a capacitor bank it is possible to reduce the reactive power absorbed by the inductive loads in the system and consequently to improve power factor. It is suitable to have cosϕ a little in excess of 0.9 to avoid paying the penalties provided for by the law. cosϕ must not be too close to unity, to avoid the leading currents in of the electrical system. The choice of the correct power factor correction equipment depends on the type of loads present and by their way of working. The choice is between CENTRAL COMPENSATION and INDIVIDUAL COMPENSATION. Individual compensation: power factor correction is wired at each single load (i.e. motor terminals) Central compensation: there is only one bank of capacitors on the main power distribution switch board or substation. RIFASAMENTO DISTRIBUITO INDIVIDUAL COMPENSATION x x x x M M M Il rifasamento distribuito è la soluzione tecnica preferibile: condensatore e apparecchio utilizzatore seguono le stesse sorti durante l'esercizio giornaliero, per cui la regolazione del cosϕ diventa sistematica e rigidamente legata al carico rifasato. Inoltre, con il rifasamento distribuito lo sgravio di energia reattiva interessa sia l'ente Distributore sia l'utente. Negli impianti industriali, ad esempio, il risparmio ottenibile con il rifasamento distribuito si manifesta sia sotto forma tariffaria, sia sotto forma di miglior dimensionamento di tutte le linee interne allo stabilimento che collegano la cabina M.T./B.T. con i carichi rifasati. Un altro notevole vantaggio di questo tipo di rifasamento è l'installazione semplice e poco costosa, in quanto condensatore e carico sono inseriti e disinseriti contemporaneamente e possono usufruire delle stesse protezioni contro i sovraccarichi ed i corto circuiti. The individual compensation is a simple technical solution: the capacitor and the user equipment follow the same sorts during the daily work, so the regulation of the cosϕ becomes systematic and closely linked to the load. Another great advantage of this type of power factor correction is the simple installation with low costs. 1.2

14 CAP 1 NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION RIFASAMENTO CENTRALIZZATO CENTRAL COMPENSATION x x x x x x M M M M M L'andamento giornaliero dei carichi ha un'importanza fondamentale per la scelta del tipo di rifasamento più conveniente. In molti impianti, non tutte le utenze funzionano contemporaneamente e alcune addirittura funzionano solo per poche ore al giorno. E evidente che la soluzione del rifasamento distribuito diventa troppo costosa per l elevato numero di condensatori che si dovrebbero prevedere. Si lascerebbero inoltre molti di questi condensatori per lungo tempo inutilizzati. Il rifasamento distribuito è conveniente qualora la maggior parte della potenza reattiva richiesta sia concentrata su pochi carichi di grossa potenza che lavorano molte ore al giorno. Il rifasamento centralizzato conviene invece nel caso di impianti con molti carichi eterogenei che lavorano saltuariamente. In tal caso la potenza della batteria risulta inferiore alla potenza complessiva che bisognerebbe prevedere con il rifasamento distribuito. E opportuno collegare la batteria permanentemente solo se l'assorbimento di energia reattiva durante la giornata è sufficientemente regolare, altrimenti deve essere manovrata al fine di evitare di avere il cosϕ in anticipo. Se l'assorbimento di potenza reattiva è molto variabile durante il funzionamento dell'impianto, è consigliabile prevedere una regolazione automatica frazionando la batteria in più gradini. Si può prevedere la manovra manuale quando la batteria deve essere azionata poche volte al giorno. RIFASARE: QUANTO? La scelta della batteria di condensatori da installare in un impianto è direttamente dipendente da: - valore del cosϕ 2 che si vuole ottenere; - valore del cosϕ 1 di partenza; - potenza attiva installata. The daily trend of the loads has a fundamental importance for the choice of most suitable power factor correction. In many systems, not all the loads work in the same time and some of them work only a few hours per day. It is clear that the solution of the individual compensation becomes too expensive for the high number of capacitors that have to be installed. Most of these capacitors will not be used for long period of time. The individual compensation is more effective if the majority of the reactive power is concentrated on a few substatios loads that work long period of time. Central compensation is best suited for systems where the load fluctuates throughout the day. If the absorption of reactive power is very variable, it is advisable the use of automatic regulation in preference to fixed capacitors. POWER FACTOR CORRECTION: HOW MANY CAPACITORS? The choice of capacitor bank to install in a system is closely depended from: - cosϕ 2 value that we would obtain - cosϕ 1 starting value - installed active power secondo la relazione: By the following equation Q c = P. (tanϕ 1 _ tanϕ2 ) QL QC A A Q L ϕ 1 ϕ 2 P dove Q C = potenza reattiva capacitiva da installare (kvar); P = potenza attiva installata (kw); Q L, Q L = potenza reattiva induttiva prima e dopo l installazione della batteria di condensatori; A, A = potenza apparente prima e dopo il rifasamento. where Q C = Required capacitors reactive output (kvar) P = active power Q L, Q L = Inductive reactive output before and after the installation of the capacitor bank A, A =apparent power before and after the power factor correction. 1.3

15 CAP NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION 1 La formula: The equation Q c = P. (tanϕ 1 _ tanϕ2 ) si può scrivere anche come Can be also written Q c = k. P dove il parametro k è facilmente calcolabile utilizzando la tabella 1. where the parameter k is easily calculable using table 1 below. Supponiamo di avere installato un carico che assorbe una potenza attiva pari a 300kW con un fattore di potenza iniziale 0,7 e lo si voglia innalzare a 0,92. Dalla tabella 1 si ricava: Fattore di potenza iniziale Starting power factor Fattore di potenza finale Final power factor k = 0,591 Tabella 1 / Table 1 We have installed a load that absorb an active power of 300 kw with a beginning power factor 0.7 and we want to increase it until 0.92, From the table 1 we find: ,

16 CAP 1 NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION da cui si ricava: and then we find Q c = 0, kvar Un tipico esempio di rifasamento a volte poco considerato ma decisamente importante riguarda il rifasamento dei trasformatori MT/BT per la distribuzione di energia. Si tratta essenzialmente di un rifasamento fisso che ha lo scopo di compensare la potenza reattiva assorbita dal trasformatore nel suo funzionamento a vuoto (ciò accade spesso durante le ore notturne). Il calcolo della potenza reattiva necessaria è molto semplice e si basa sulla seguente formula: A typical example of power factor correction, sometimes not much considered but surely important, concerns the power factor correction of transformers for the distribution of energy. It is essentially a fixed power factor correction must compensate for the reactive power absorbed by the transformer in its no load condition (this happens often during the night). The calculation of the needed reactive output is very easy and it bases itself on this equation. Q c = I 0 %. A N 100 dove I 0 %= corrente a vuoto percentuale del trasformatore A N = potenza apparente espressa in kva del trasformatore Se non si dovesse disporre di questi dati è possibile utilizzare la tabella 2 di seguito riportata: where I 0 %= magnetising current of the transformer (AS%) A N = Apparent rated power in kva of the transformer If we don t have these parameters, it is possible using the following table Potenza trasformatore Trasformatori in olio Trasformatori in resina Power transformer Oil transformer Resin transformer KVA kvar kvar , , , , , , , , ,5 12, , Tabella 2 / Table 2 Un altro esempio di rifasamento molto importante riguarda il motore asincrono trifase che è rifasato localmente. La potenza reattiva da installare è riportata nella tabella 3 sottostante: Another very important example of power factor correction concerns asynchronous three-phase motors that are individually corrected. The reactive power we must install is reported on table 3 1.5

17 CAP NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION 1 Potenza del motore Motor power Kvar HP kw giri min. giri min. giri min. giri min. giri min. rpm rpm rpm rpm rpm 0,4 0, ,5 0,5-1 0,73 0,5 0,5 0,6 0,6-2 1,47 0,8 0, , ,2 1,6-5 3,68 1,6 1,6 2 2,5-7 5, , , , , , Tabella 3 / Table 3 Unica avvertenza nel caso di rifasamento di motori asincroni trifase è quella di mantenere la potenza reattiva della batteria di condensatori al di sotto della potenza reattiva a vuoto del motore per evitare di incorrere nel fenomeno della auto-eccitazione. Nel caso di motori con rotore avvolto la potenza reattiva della batteria di condensatori deve essere aumentata del 5%. Be careful: the capacitor output must not be dimensioned too high for individual compensated machines where the capacitor is directly connected with the motor terminals. The capacitor placed in parallel may act as a generator for the motor which will cause serious overvoltages (self-excitation phenomena). In case of wound rotor motor the reactive power of the capacitor bank must be increased by 5%. RIFASAMENTO: LE RAGIONI TECNICHE POWER FACTOR CORRECTION: TECHNICAL REASONS La recente liberalizzazione del mercato elettrico con potenziali nuovi fornitori di energia ha comportato la nascita di diverse tipologie di bollette da alcune delle quali non è immediato il rilievo del valore del fattore di potenza. Ad ogni modo, a causa del sempre maggiore costo dell'energia, rifasare è ancora più conveniente. Nella maggior parte dei casi il costo relativo all'installazione dell'apparecchiatura di rifasamento viene ammortizzato in pochi mesi. I vantaggi tecnico-economici dovuti all installazione di una batteria di condensatori sono i seguenti: diminuzione delle perdite in linea e nei trasformatori dovuta alla minor corrente assorbita; diminuzione delle cadute di tensione nelle linee; ottimizzazione del dimensionamento dell impianto. La corrente I che circola nell impianto è data da: Recent energy market deregulation, along with new potential energy supplier rising, had lead to many and different type of invoicing which are not very clear in showing Power Factor up. However as energy final price is steady growing, to correct power factor is becoming more and more convenient. In most of the cases power factor improvement device prime cost is paid back in few months. Technical-economical advantages of the installation of a capacitor bank are the following: decrease of the losses in the network and on the transformers caused by the minor absorbed current decrease of voltage on lines optimisation of the system sizing The current I, that flows in the system, is calculated by I = P 3. V. cosϕ dove P= potenza attiva assorbita dall impianto V= tensione di esercizio where P= Active power V= Nominal Voltage 1.6

18 CAP 1 NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION Aumentando il cosϕ, a pari potenza assorbita si ottiene la riduzione del valore della corrente e conseguentemente delle perdite in linea e nei trasformatori. Pertanto si ha un importante risparmio sul grazie al miglior dimensionamento dell impianto. Il miglior dimensionamento dell impianto si riflette sulle cadute di tensione in linea, fenomeno che si può facilmente interpretare considerando la seguente formula: While cosϕ increases, with the same absorbed power we can obtain a reduction in the value of the current and as a consequence the losses in the network and on the transformers are reduced. Therefore we have an important saving on the size of electrical equipment used on a system. The best system sizing has some consequence on the line voltage drop. We can easily see that looking at the following formula: ΔV = R. P + X V. Q V dove P= Potenza attiva trasportata dalla linea (kw) Q= Potenza reattiva trasportata dalla linea (kvar) mentre R è la resistenza del cavo e X la sua reattanza (R<< X). L installazione di una batteria di condensatori diminuisce il valore di Q consentendo così di avere una caduta di tensione inferiore. Se per un errato calcolo del valore della batteria di condensatori installata nell impianto il termine ΔV dovesse diventare negativo, anziché una riduzione di caduta di tensione si avrebbe un aumento di tensione a fine linea (Effetto Ferranti) con conseguenze dannose per i carichi installati. Alcuni esempi chiariranno i concetti appena esposti: 1) Cavo in rame 3x25mm 2 lungo 100m che trasporta 40kW a 400Vac where P= active power on the network (kw) Q= reactive power on the network (kvar) while R is the cable resistance and X its reactance (R<<X). The capacitor bank installation reduces Q so we have a lower voltage drop. If, for a wrong calculation of the installed capacitor bank value, the reactive part of the above equation becomes negative, instead of a reduction of the voltage drop we have an increasing of the voltage at the end of the line (Ferranti Effect) with dangerous consequence for the installed loads. Hereinafter some examples: 1) Copper wire 3x25mm 2, length 100m, 40kW load at 400Vac cosϕ Potenza dissipata in linea (kw) / Lost power on the line 0,5 3,2 0,6 2,3 0,7 1,6 0,8 1,3 0,9 1 2) Trasformatore da 100kVA 2) 100kVA transformer Potenza attiva erogata (kw) / Acitve power (kw) cosϕ 50 0,5 60 0,6 70 0,7 80 0,8 90 0, Come si vede aumentando il fattore di potenza si hanno meno perdite in linea e una maggiore potenza attiva erogata dal trasformatore. Questo permette di ottimizzare il dimensionamento dell impianto con notevole risparmio di materiali. As we can see as the power factor increases we have fewer losses in the network and more active power. This allows us to optimise on the system sizing. 1.7

19 CAP NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION 1 RIFASAMENTO: LE ARMONICHE NELLE RETI ELETTRICHE Le distorsioni della tensione e della corrente e quindi le armoniche, sono generate da carichi non lineari (inverter, saldatrici ad arco, trasformatori saturati, raddrizzatori etc..). La loro presenza in rete comporta alcuni tipi di problemi sugli elementi componenti un impianto: - nelle macchine rotanti si ha l insorgere di coppie parassite (con conseguenti vibrazioni) che ne minacciano la durata meccanica. L aumento delle perdite provoca riscaldamenti indesiderati con conseguente danneggiamento degli isolamenti; - nei trasformatori causano l aumento delle perdite nel rame e nel ferro con possibile danneggiamento degli avvolgimenti. L eventuale presenza di componenti continue di tensione o corrente può comportare la saturazione del nucleo con conseguente aumento della corrente magnetizzante; - i condensatori ne risentono dal punto di vista del riscaldamento e dell aumento della tensione che provocano una riduzione della vita media. La forma d onda della corrente generata da un carico non lineare (fig. 1) essendo periodica può essere rappresentata come la somma di più onde sinusoidali (una componente a 50Hz detta fondamentale e altre componenti con frequenza multipla della fondamentale dette ARMONICHE): POWER FACTOR CORRECTION: HARMONICS IN THE NETWORK The distortions of the voltage and current waveforms are generated from non-linear loads (inverter, saturated transformers, rectifier, etc.) and produce the following problems: - On the A.C. motors we find mechanical vibration that can reduce the life. The increase of the losses creates overheating with consequent damaging of the insulating materials; - In transformers they increase the copper and iron losses with possible damaging of the windings. The eventual presence of direct voltage or current could cause the saturation of the nucleus with consequent increasing of the magnetising current; - The capacitors suffer from the overheating and the increasing of the voltage that reduce the life. The wave form of the current (or voltage) generated from a non-linear load (fig. 1), being periodical, could be represented by the sum of more sinusoidal waves (a 50Hz component called fundamental and other components with multiple frequency of the fundamental components, called HARMONICS): = Fig E in generale sconsigliabile rifasare senza alcun accorgimento una linea con contenuto armonico elevato. Questo perché, anche se si possono costruire condensatori in grado di sopportare forti sovraccarichi, il rifasamento eseguito con soli condensatori si traduce in un incremento del contenuto armonico, con gli effetti negativi appena visti. Si parla di fenomeno di risonanza ogni qual volta una reattanza induttiva è uguale a quella capacitiva (ωl = 1 ) ωc La risonanza si distingue in due diverse tipologie : serie o parallelo. Un qualsiasi impianto elettrico può essere rappresentato dal circuito equivalente di fig.2. Trasformatore Transformer I = I 1 + I 2 + I I n It is not advisable to install the power factor correction without considering the harmonic content of a system. This is because, even if we could manufacture capacitors that can withstand high overloads, capacitors produce an increase of harmonic content, with the negative effects just seen. We speak about resonance phenomena when an inductive reactance is equal to the capacitive one (ωl = 1 ) ωc The resonance is divided in two different typologies: series or parallel. The electric circuit could be represented with the equivalent circuit below: = = Condensatori Capacitors M I hl Lcc I hc C I h Carico non lineare No linear load Fig

20 CAP 1 NOTE INTRODUTTIVE INTRODUCTION Il generatore di corrente rappresenta il motore che genera le componenti armoniche Ih indipendenti dall'impedenza del circuito mentre Lcc è ricavabile dalla potenza di corto circuito a monte del condensatore (normalmente coincide con l induttanza di corto-circuito del trasformatore). La risonanza si calcola nel seguente modo: Scc N = A. 100 Q Ideal current generator represents motor as harmonic current components generator, these are independent from circuit inductance, while Lcc is obtainable by capacitor upstream short circuit power (in general it is equal to transformer short-circuit inductance). Q. vcc% Scc = potenza di corto circuito della rete (MVA) Q = potenza della batteria di rifasamento (kvar) A = potenza del trasformatore (kva) vcc% = tensione di corto circuito del trasformatore N = ordine di armonicità In condizioni di risonanza parallelo la corrente e la tensione relative alla maglia LCC - C sono fortemente amplificate così come le armoniche vicine. Un esempio chiarirà i concetti appena esposti : A = 630kVA (potenza apparente del trasformatore MT/BT) Vcc% = 6 (tensione di corto circuito percentuale del trasformatore MT/BT) Q = 300kvar (potenza reattiva installata) Scc= Short-circuit power of the network (MVA) Q = Output of power factor correction bank (kvar) A = Rated power transformer (kva) vcc%= Short-circuit voltage % N = harmonic order In parallel resonance conditions the current and the voltage of the circuit LCC - C are hearily amplified as well as the near by harmonic currents. Hereinafter an example. A = 630kVA (rated power transformer) Vcc% = 6 (shot-circuit voltage %) Q = 300kvar (output of power factor correction bank) N = A. 100 = 6 Q Vcc% Il risultato trovato mostra che in queste condizioni il sistema trasformatore - batteria di condensatori presenta frequenza di risonanza parallelo a 300Hz (Nx50Hz). La soluzione più conveniente per evitare questo tipo di problematiche è il filtro di sbarramento (Detuned Filter), ottenibile ponendo in serie ai condensatori delle reattanze (fig.3) che, spostando la frequenza di risonanza parallelo dell impianto al di sotto dell armonica più bassa esistente, sono in grado di proteggere i condensatori e nel frattempo evitano risonanze pericolose. The result shows that in these conditions the system transformer- capacitor bank has the parallel resonance frequency of 300Hz (Nx50Hz). The most convenient solution is the detuned filter, formed introducing a filter reactor in series with the capacitors, making this a more complex resonant circuit but with the desired feature of having a resonance frequency below the first existing harmonic. Trasformatore Transformer = = Lf Filtro Filter M I T Lcc I C C I h Carico non lineare No linear load Fig

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