Rifasamento elettrico per limitare i consumi elettrici

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Domenica Gagliardi
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1 Rifasamento elettrico per limitare i consumi elettrici Ing. Marco Frabetti Sotto Gruppo Condensatori 1 Giornata dell efficienza energetica in ambito industriale Rimini 7 novembre 2013

2 INDICE Introduzione Principali Obiettivi Criteri di dimensionamento Rifasamento in presenza di impianti solari 2

3 Introduzione Nei circuiti elettrici la corrente risulta in fase con la tensione solamente nel caso di carichi puramente resistivi, risulta invece in ritardo quando i carichi sono induttivi (motori, trasformatori a vuoto) e in anticipo quando il carico è capacitivo (condensatori). cos ϕ = P A La Potenza Reattiva (Q) non trasmette una potenza realmente utilizzabile, ma è legato ad una reale corrente addizionale che forza il fornitore dell energia a sovradimensionare le proprie infrastrutture. Per questa ragione una potenza reattiva eccessiva viene pesantemente conteggiata nella bolletta. Il parametro che definisce l assorbimento di potenza reattiva è il Fattore di Potenza 3

4 Principali Obiettivi Il fattore di potenza è dunque un indice della qualità dell impianto, poiché tanto più è basso il fattore di potenza, tanto più elevata è la componente reattiva induttiva in rapporto a quella attiva. Un sistema di rifasamento, connesso in parallelo ai carichi, riduce il valore della potenza reattiva induttiva che deve essere fornita dal gestore del servizio elettrico locale, portando così alla riduzione o al totale abbattimento degli addebiti per eccessivo assorbimento di potenza reattiva. 4

5 Principali Obiettivi In aggiunta agli immediati effetti di risparmio, il rifasamento offre ulteriori importanti vantaggi tecnici. Un aumento del cosc riduce considerevolmente le perdite per potenza dissipata sulle linee di trasmissione, con la seguente riduzione del processo di invecchiamento.

6 Principali Obiettivi Aumentare il cos φ da 0,7 a 1 significa: riduzione del 50% dei costi legati alle perdite ohmiche sulla rete aumento del 50% della corrente disponibile corrente disponibile sulla rete Significa risparmiare centinaia di migliaia di tonnellate di combustibile e rendere disponibili alcune centrali e centinaia di cabine di trasformazione. L aumento del cosc porta alla riduzione delle cadute di tensione in linea, assicurando così un migliore funzionamento generale.

7 Criteri di dimensionamento Per dimensionare correttamente un sistema di rifasamento si devono tenere in considerazione sia gli aspetti qualitativi che quantitativi dei carichi: 1) Potenza reattiva nominale (kvar) da installare analisi dei consumi 2) Condizioni di esercizio attese (Tensione, Armoniche) analisi della rete Rifasamento Distribuito: soluzione proponibile se la maggior parte della potenza reattiva è concentrata su pochi carichi di elevata potenza Rifasamento Centralizzato: soluzione migliore nel caso di sistemi di carico variabile 7

8 Criteri di dimensionamento Qc = P x K K COEFFICENT Tgφ Cos φ Target Cos φ 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 1,17 0,65 0,549 0,576 0,602 0,629 0,657 0,685 0,714 0,743 0,774 0,806 0,840 0,877 0,919 0,966 1,027 1,169 1,14 0,66 0,519 0,545 0,572 0,599 0,626 0,654 0,683 0,712 0,743 0,775 0,810 0,847 0,888 0,935 0,996 1,138 1,11 0,67 0,488 0,515 0,541 0,568 0,596 0,624 0,652 0,682 0,713 0,745 0,779 0,816 0,857 0,905 0,966 1,108 1,08 0,68 0,459 0,485 0,512 0,539 0,566 0,594 0,623 0,652 0,683 0,715 0,750 0,787 0,828 0,875 0,936 1,078 1,05 0,69 0,429 0,456 0,482 0,509 0,537 0,565 0,593 0,623 0,654 0,686 0,720 0,757 0,798 0,846 0,907 1,049 1,02 0,70 0,400 0,427 0,453 0,480 0,508 0,536 0,565 0,594 0,625 0,657 0,692 0,729 0,770 0,817 0,878 1,020 0,99 0,71 0,372 0,398 0,425 0,452 0,480 0,508 0,536 0,566 0,597 0,629 0,663 0,700 0,741 0,789 0,849 0,992 0,96 0,72 0,344 0,370 0,397 0,424 0,452 0,480 0,508 0,538 0,569 0,601 0,635 0,672 0,713 0,761 0,821 0,964 0,94 0,73 0,316 0,343 0,370 0,396 0,424 0,452 0,481 0,510 0,541 0,573 0,608 0,645 0,686 0,733 0,794 0,936 0,91 0,74 0,289 0,316 0,342 0,369 0,397 0,425 0,453 0,483 0,514 0,546 0,580 0,617 0,658 0,706 0,766 0,909 0,88 0,75 0,262 0,289 0,315 0,342 0,370 0,398 0,426 0,456 0,487 0,519 0,553 0,590 0,631 0,679 0,739 0,882 0,86 0,76 0,235 0,262 0,288 0,315 0,343 0,371 0,400 0,429 0,460 0,492 0,526 0,563 0,605 0,652 0,713 0,855

9 Criteri di dimensionamento Rifasamento dei motori asincroni trifase Rated Power Rotation speed (rpm) kw HP kvar kvar kvar kvar kvar kvar kvar kvar kvar

10 Criteri di dimensionamento Rifasamento dei trasformatori MT/BT Transformer Power Oil Transformer Resin Cast Trasformers kva kvar kvar , , , ,

Rifasamento in presenza di impianti solari È noto il proliferare degli impianti fotovoltaici in molti contesti industriali di bassa tensione.

11 Rifasamento in presenza di impianti solari È noto il proliferare degli impianti fotovoltaici in molti contesti industriali di bassa tensione. L introduzione di questa ulteriore fornitura di energia, porta una variazione delle caratteristiche elettriche del sistema. Le principali problematiche sono: 1- aumento della distorsione armonica dovuta alla presenza di inverter del sistema FTV 2- diminuzione del cosfi lato ENEL dovuto alla diminuzione della potenza attiva erogata (perché fornita dal FTV), mantenendo costante la potenza reattiva (non fornibile dal FTV)

Rifasamento in presenza di impianti solari Alcuni casi pratici: 1) Utenza tradizionale (no FTV) In caso di impianto elettrico passivo, la potenza attiva Pu e la potenza reattiva Qu richieste dalle

12 Rifasamento in presenza di impianti solari Alcuni casi pratici: 1) Utenza tradizionale (no FTV) In caso di impianto elettrico passivo, la potenza attiva Pu e la potenza reattiva Qu richieste dalle utenze vengono prelevate dalla rete. Nella bolletta mensile dell energia, vengono applicate delle penali se l energia reattiva totale prelevata dalla rete supera la metà dell energia attiva (vedasi la Delibera 348/07 dell AEEG*). In tal caso dovrà essere installato un rifasatore con potenza reattiva capacitiva adeguata, che porti il cos phi medio mensile almeno a 0,9: la condizione minima per non pagare le suddette penali.

13 Rifasamento in presenza di impianti solari Alcuni casi pratici: 2) Utenza passiva a cui viene aggiunto un impianto fotovoltaico Se viene aggiunto un impianto fotovoltaico in grado di fornire una potenza attiva Pf, la potenza attiva assorbita dalla rete (Pr) è data dalla differenza tra la potenza richiesta dalle utenze (Pu) in un determinato istante e la contestuale potenza fornita dal fotovoltaico (Pf) e consumata dall impianto. Se l inverter funziona a cos phi unitario, la potenza reattiva Qu continua ad essere fornita integralmente dalla rete: il cos phi medio globale dell impianto risulta essere inferiore a quello dello stesso impianto senza fotovoltaico

Rifasamento in presenza di impianti solari Analizziamo le tre casistiche possibili: a) se l impianto fotovoltaico è allacciato a valle del rifasatore (ovvero a valle del punto in cui è installato il

14 Rifasamento in presenza di impianti solari Analizziamo le tre casistiche possibili: a) se l impianto fotovoltaico è allacciato a valle del rifasatore (ovvero a valle del punto in cui è installato il suo TA), quest ultimo valuterà l effettivo cos phi dell impianto visto dalla rete. A causa dell abbassamento del cos phi medio globale, il rifasatore esistente potrebbe risultare insufficiente. Possibili soluzioni sono le seguenti - alzare il cos phi target del rifasatore esistente (ad esempio portandolo a 0,98). - sostituire il rifasatore con uno di potenza superiore. - aggiungere al rifasatore esistente un rifasatore integrativo (con opportuni accorgimenti sulle temporizzazioni di entrambi).

Rifasamento in presenza di impianti solari b) se l impianto fotovoltaico viene allacciato a monte del rifasatore (ovvero a monte del punto in cui è installato il suo TA), quest ultimo non valuterà l

15 Rifasamento in presenza di impianti solari b) se l impianto fotovoltaico viene allacciato a monte del rifasatore (ovvero a monte del punto in cui è installato il suo TA), quest ultimo non valuterà l effettivo cos phi dell impianto. Per avere con certezza il cos phi di 0,9 nel punto di allacciamento alla rete ed evitare così le penali, bisognerà installare un rifasatore con a bordo una potenza reattiva pari al valore massimo richiesto dall impianto; il cos phi target del rifasatore dovrà essere impostato a 1.

Rifasamento in presenza di impianti solari c) se l impianto fotovoltaico ha una potenza maggiore di quella delle utenze, o se comunque è possibile che venga immessa potenza in rete, il rifasatore

16 Rifasamento in presenza di impianti solari c) se l impianto fotovoltaico ha una potenza maggiore di quella delle utenze, o se comunque è possibile che venga immessa potenza in rete, il rifasatore (ovvero il suo TA) dovrà essere preferibilmente a monte del punto di allacciamento dell impianto fotovoltaico (in caso contrario, basterà spostare il TA oppure ricondursi al caso b), ove possibile). Il rifasatore dovrà inoltre essere in grado di funzionare su quattro quadranti ovvero 1) i due quadranti standard, relativi al funzionamento dell impianto come utenza che assorbe dalla rete sia potenza attiva che potenza reattiva induttiva (quadranti di funzionamento normale). 2) i due quadranti relativi al funzionamento dell impianto come generatore che fornisce alla rete potenza attiva ma assorbe potenza reattiva induttiva (quadranti di generazione). E consigliabile inserire un valore pari ad 1, per ottimizzare la resa dell impianto.

17 Rifasamento in presenza di impianti solari Concludendo per la scelta dei rifasatori: 1- prevedere apparecchiature di rifasamento dotati di induttanze di filtro armonico. Anche se le utenze dell impianto non sono inquinanti, il rifasatore potrebbe creare problemi di funzionamento allo stadio di uscita dell inverter che pilota l impianto fotovoltaico 2- considerare un sovradimensionamento della potenza reattiva necessaria e aumentare il cosfi obiettivo a A parità delle altre caratteristiche, preferire un rifasatore con più alto numero di gradini: regolerà meglio il cosphi, evitando le penali imposte dall Autorità per l Energia. 4- Nel calcolo del rifasamento, fare riferimento alla potenza contrattuale per evitare che l eventuale aggiunta di nuovi carichi renda il rifasamento insufficiente. 5- Porre particolare attenzione alla struttura dell impianto

18 Grazie per l attenzione

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