Ing. Marco Lucentini Università di Roma La Sapienza

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1 Rifasamento dei carichi elettrici Ing. Marco Lucentini Università di Roma La Sapienza

2 RFS Rifasamento dei carichi elettrici Vantaggi che possono derivare dal rifasamento: mancata penale che l ente distributore solitamente pratica a chi utilizza energia elettrica con un fattore di potenza medio mensile inferiore a 0,9 migliore utilizzazione degli impianti

3 Nozioni fondamentali La potenza apparente (S) è il prodotto della corrente per la tensione applicata. In base ad essa gli impianti elettrici devono essere dimensionati La potenza che assorbe l apparecchio eche fornisce all esterno come lavoro o calore, è minore di Sesi chiama potenza attiva (P) La potenza scambiata con gli elementi reattivi (induttanze-condensatori) è la potenza reattiva (Q)

4 Nozioni fondamentali /2 Il rapporto tra la potenza attiva e quella apparente è il fattore di potenza (cosφ), ossia lo sfasamento esistente tra la corrente e la tensione Il fattore di potenza indica la qualità di sfruttamento della potenza a disposizione Le normative vigenti (e considerazioni di ordine tecnico) impongono di utilizzare l energia elettrica con un fattore di potenza non inferiore a 0,9

5 Nozioni fondamentali /3 Q cos ϕ = P/S = P/ 2 P + Q 2 Per riportare il fattore di potenza a valori prossimi a 0,9 si deve immettere nell impianto una potenza reattiva adeguata (freccia rossa), tramite un gruppo rifasante.

6 Il rifasamento Con l operazione di rifasamento si riduce la potenza reattiva assorbita da un valore Q 0 con fattore di potenza relativo cosφ 0 ad un valore Q 1 con fattore di potenza cosφ 1 La potenza reattiva rifasante risulta pari a Q c = P (tanφ 0 tanφ 1 )

7 Il rifasamento /2 Se il pacco di condensatori non lavora alla tensione U nc di progetto ma alla tensione U n, la potenza reattiva erogata risulta inferiore (Q c ). Di conseguenza si deve scegliere un pacco di potenza maggior in un rapporto: Q nc = Q c (U nc /U n ) 2

8 Metodi di rifasamento A seconda della posizione nell impianto del pacco rifasante si distinguono tre metodi di rifasamento: Rifasamento distribuito Rifasamento per gruppi Rifasamento centralizzato Si possono anche utilizzare metodi di rifasamento misti, cioè vie intermedie tra quelle su citate

9 Rifasamento distribuito Soluzione migliore: permette di ridurre la potenza reattiva richiesta alla rete di alimentazione e di migliorare lo sfruttamento dell impianto Soluzione piuttosto costosa e risulta solitamente conveniente solo per grossi carichi concentrati

10 Rifasamento per gruppi Consente un miglior sfruttamento dei cavi per tutta la rete a valle del punto di collegamento del condensatore Si utilizza solo quando è possibile suddividere l'impianto limpianto in gruppi di utilizzatori con caratteristiche di funzionamento omogenee, adoperando un'unica batteria di condensatori

11 Rifasamento centralizzato Sistema più economico e migliore in efficienza se installato in impianti in cui si ha un assorbimento costante di potenza reattiva Nascono problemi se vi è la possibilità di avarie ad un carico: rete subisce un surplus di energia reattiva proveniente dal pacco di condensatori

12 Calcolo pratico della potenza rifasante Per il calcolo cartaceo del fattore di potenza occorre prendere in considerazione alcune fatture dell Ente distributore Considerando il computo di energia attiva e reattiva consumate per mese di può stimare il valore del cosφ 0 In alternativa, tramite misurazioni dirette sul contatore di energia, si può dedurre il fattore di potenza istantaneo Impostando il fattore desiderato a 0,9 si ottiene dalle formule precedenti la potenza rifasante: Q c =P (tanφ 0 tanφ 1 )

13 Esempio progettuale di rifasamento dei carichi elettrici

14 Dati sull impianto elettrico Si considerino i seguenti dati: - Potenza attiva totale installata 40 kw - Potenza attiva prelevata mensilmente 35 kw - Tensione di alimentazione nominale del sistema trifase 380V - Energia elettrica attiva consumata in un mese (valore medio) 4000 kwh - Energia elettrica reattiva consumata in un mese (valore medio) 3750 kvahr

15 Analisi della condizione di utilizzo dell impianto Dal rapporto tra energia reattiva ed attiva consumate, si ottiene il valore di tanφ, e quindi di cosφ: tanφ = E reatt /E att 0,9375 cosφ 0,7295 Il valore del fattore di potenza risulta basso e si deve p provvedere a installare un pacco di condensatori rifasante.

16 Calcolo del gruppo di condensatori Per riportare il cosφ ad un valore prossimo allo 0,9 si dovrà provvedere ad una potenza reattiva rifasante pari: Q c 15,86 kvar Riferendoci ai cataloghi in commercio si trova un sistema automatico con regolazione elettronica e condensatori serie standard. Dati: 17,5 kvar tensione nominale di 400 V prezzo, montaggio compreso, è di 680

17 Calcolo del gruppo di condensatori /2 Il gruppo ha una tensione nominale di 400V. In base alla effettiva tensione di alimentazione (380 V) risulta una potenza reattiva erogata di: Q nc = Q c (U nc/u n ) 2 = 17,5*(380/400) 2 = 15,79 kvar Con il gruppo rifasante il fattore di carico si porta a: tanφ 1 = tanφ 0 Q nc /P =0,48 e quindi cosφ = 0,901

18 Valutazione del risparmio economico Il quantitativo di energia reattiva che eccede il 50% di quella attiva è pari a: Q ecc = Q- P/2 = 1750 kvahr Mentre il quantitativo che eccede il 75% di P è pari a zero. La penale evitata installando il gruppo rifasante è pari al quantitativo eccedente per il suo costo penale, più IVA: Risp mensile = ( Q ecc x Cos) IVA 10% = 57

19 Tempo di recupero dell investimento Dai dati effettuati risultano i seguenti risparmi ed il periodo di payback: Risp annuo 684 Costo rifasatore+installazione 680 o o rifasatore+installazione Periodo di payback 12 mesi