IMPIANTI ELETTRICI INDUSTRIALI

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1 GIULIANO ORTOLANI EZIO VENTURI IMPIANTI ELETTRICI INDUSTRIALI Schemi e apparecchi nellõindustria e nellõartigianato EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO

2 Indice Introduzione Introduzione agli impianti elettrici industriali.... La normativa.... Segni grafici e codici letterari per impianti elettrici e circuiti elettronici Rappresentazione grafica delle apparecchiature elettriche ed elettroniche secondo le norme CEI Rappresentazione grafica delle apparecchiature pneumatiche Lettere di identificazione delle apparecchiature elettriche.... Rappresentazione degli impianti elettrici... Elementi di distribuzione e protezione Sistemi elettrici e distribuzione Quadri elettrici.... Cavi Cavi a fibre ottiche Dimensionamento linee Tipi di condutture e posa in opera Corrente di impiego e portata Calcolo della corrente di cortocircuito e integrale di Joule Sistemi di protezione Impianto di terra Fasi dellõesecuzione dellõimpianto di terra Altre protezioni Esempio di dimensionamento elettrico in una officina meccanica... 7 Apparecchi di comando, segnalazione, protezione per gli impianti industriali e i motori elettrici 79. Apparecchi di potenza Contattore Rel statici Apparecchi ausiliari Rel Temporizzatori Contatore o contaimpulsi Pulsanti Lampade di segnalazione Interruttori di finecorsa Regolatori di livello Interruttori di prossimitˆ Fotocellule Apparecchi di protezione Interruttore magnetotermico Coordinamento delle protezioni: selettivitˆ magnetotermica e protezione di back up Interruttore differenziale... 06

3 ..4 Coordinamento delle protezioni: selettivitˆ differenziale orizzontale e verticale Rel termici Protettore termico a contatti bimetallici miniaturizzati Termorivelatori per protezione termica a termistori 4..8 Fusibili Rel magnetotermici Coordinamento delle protezioni Motori Motori in corrente alternata Motori in corrente continua Motori passo-passo Motori Brushless Motori lineari Avviamento diretto di motori asincroni trifasi Teleavviamento diretto Esempi applicativi di teleavviamento diretto Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, lampade di segnalazione Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, lampade di segnalazione, pulsantiera esterna Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, rel termico, lampada di guasto Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione, interruttore di finecorsa Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione inserite su contatti ritardati allõeccitazione Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione inserite su contatti ritardati alla diseccitazione Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione comandate da un temporizzatore con contatti ritardati allõeccitazione Teleinversione di marcia Esempi applicativi di teleinversione di marcia Teleinversione di marcia di un motore asincrono trifase, rel termico, pulsantiera esterna, lampade di segnalazione Teleinversione di marcia di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione, inversione di marcia ritardata Teleinversione di marcia di un motore asincrono trifase, rel termico, lampada di guasto, inversione di marcia istantanea con interruttori di finecorsa... 77

4 4.4.4 Teleinversione di marcia applicata ad apricancello elettrico, lampade di segnalazione, apertura e chiusura manuali Teleinversione di marcia applicata ad apricancello elettrico, lampade di segnalazione, chiusura automatica temporizzata Teleinversione di marcia applicata ad apricancello elettrico, rel termico, lampada di segnalazione, chiusura automatica temporizzata Teleinversione di marcia applicata ad apricancello per barriera Teleinversione di marcia applicata ad apricancello elettrico, chiusura automatica, rel termico Teleinversione di marcia applicata ad apricancello elettrico, chiusura automatica, rel termico Teleinversione di marcia applicata a montaoggetti tra due piani Teleinversione di marcia applicata a macchina operatrice Teleinversione di marcia applicata a macchina utensile, rel termico, lampade di segnalazione Teleinversione di marcia applicata a macchina operatrice con rel passo-passo Telecommutazione tra motori Esempi applicativi di telecommutazione tra motori Telecommutazione di tre motori asincroni trifasi, lampade di segnalazione Telecommutazione di tre motori asincroni trifasi, rel termici, lampade di guasto Telecommutazione di quattro motori asincroni trifasi Telecommutazione di linea Esempi applicativi di telecommutazione di linea Telecommutazione di linea manuale Telecommutazione di linea: automatica sulla rete ausiliaria, manuale su quella principale Telecommutazione automatica di linea Telecommutazione di linea su teleinversione di marcia di un motore asincrono trifase... 5 Avviamenti controllati dei motori asincroni trifasi Indicazioni di massima per la scelta del tipo di avviamento 9 5. Avviamento stella/triangolo Esempi applicativi Teleavviamento stella/triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico inserito in fase (avviamento a vuoto), lampada di guasto Teleavviamento stella/triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico inserito in linea (avviamento pesante), lampada di guasto Teleavviamento stella/triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico inserito sul ramo triangolo (avviamento molto pesante prolungato), lampada di guasto...

5 5..4 Teleinversione di marcia e teleavviamento stella/ triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico, lampada di guasto Teleinversione di marcia e teleavviamento stella/ triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico, lampada di guasto Telecommutazione di linea e teleavviamento stella/triangolo di un motore asincrono trifase Telecommutazione di linea e teleinversione di marcia su teleavviamento stella/triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico Telecommutazione di linea semi automatica e teleinversione di marcia su teleavviamento stella/ triangolo di un motore asincrono trifase, rel termico, lampade di segnalazione Avviamento statorico Esempi applicativi Teleavviamento con resistenze statoriche ad un gradino, rel termico, lampade di segnalazione Teleavviamento con resistenze statoriche ad un gradino, rel termico, lampade di segnalazione, esclusione automatica della batteria di resistenze Teleavviamento con resistenze statoriche a due gradini, rel termico, lampade di segnalazione Teleavviamento con resistenze statoriche a due gradini, rel termico, lampade di segnalazione, esclusione automatica dei gruppi di resistenze Teleinversione di marcia su teleavviamento con resistenze statoriche a due gradini, rel termico, lampade di segnalazione Telecommutazione di linea manuale e teleinversione di marcia su teleavviamento con resistenze statoriche a due gradini, rel termico, lampade di segnalazione Avviamenti con autotrasformatore Esempi applicativi Teleavviamento con autotrasformatore di un motore asincrono trifase, rel termico, lampada di guasto Teleinversione di marcia su teleavviamento con autotrasformatore di un motore asincrono trifase, rel termico Telecommutazione manuale di linea e teleinversione di marcia su teleavviamento con autotrasformatore rel termico, lampada di guasto Avviamento rotorico Esempi applicativi Teleavviamento con resistenze rotoriche di un motore.asincrono trifase con indotto ad anelli, rel termico, lampade di segnalazione Teleavviamento con resistenze rotoriche di un motore asincrono trifase con indotto ad anelli, rel termico Telecommutazione di linea su teleavviamento con

6 resistenze rotoriche di un motore asincrono trifase con indotto ad anelli, rel termico Telecommutazione manuale di linea e teleinversione di marcia su teleavviamento con resistenze rotoriche di un motore asincrono trifase con indotto ad anelli, rel termico, lampada di guasto Applicazione di teleinversione su avviamento con resistenze rotoriche in un carro ponte Analisi comparativa dei vari sistemi di avviamento dei motori asincroni trifasi Regolazione e controllo dei motori elettrici Introduzione Regolazione nei motori asincroni trifasi a corrente alternata Variazione della velocitˆ mediante commutazione di polaritˆ Variazione della velocitˆ mediante reostato Variazione della velocitˆ mediante inverter Esempi applicativi di variazione della velocitˆ nei motori asincroni trifasi a corrente alternata Telecommutazione di polaritˆ, avvolgimento chiuso Dahlander triangolo/doppia stella (D/YY), lampade di segnalazione Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, un avvolgimento chiuso Dahlander triangolo/doppia stella (D/YY), due velocitˆ Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, un avvolgimento chiuso Dahlander triangolo/doppia stella (D/YY), due velocitˆ Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, un avvolgimento chiuso invertito Dahlander doppia stella/triangolo (YY/D), due velocitˆ Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, un avvolgimento chiuso Dahlander triangolo/doppia stella (D/YY), due velocitˆ, con avviamento automatico stella/triangolo alla velocitˆ inferiore Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, due avvolgimenti semplici separati, due velocitˆ Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, due avvolgimenti separati con avvolgimento semplice per la velocitˆ superiore e un avvolgimento chiuso Dahlander, tre velocitˆ Telecommutazione di polaritˆ, rel termici, due avvolgimenti chiusi Dahlander, quattro velocitˆ, azionamento del pulsante di arresto per passare alla velocitˆ inferiore Regolazione di velocitˆ su un motore asincrono trifase con indotto ad anelli mediante reostato, rel termico, lampade di segnalazione Regolazione di velocitˆ con inversione di marcia su un motore asincrono trifase mediante inverter Regolazione nei motori passo-passo Pilotaggio unipolare su motore passo-passo

7 mediante transistor Controllo su motore passo-passo mediante integrato 6.5 Azionamento e regolazione della velocitˆ di un motore a corrente continua a eccitazione indipendente con convertitore... 7 Apparecchi manuali a camme Introduzione e caratteristiche generali Esempi applicativi Avviamento diretto di un motore asincrono trifase con un interruttore tripolare manuale a camme Inversione di marcia di un motore asincrono trifase mediante un invertitore manuale a camme Commutazione di linea mediante un commutatore manuale a camme Commutazione di linea e inversione di marcia di un motore asincrono trifase mediante un commutatore di linea e un invertitore di marcia manuali a camme Avviamento stella/triangolo di un motore asincrono trifase mediante un commutatore stella/triangolo manuale a camme Avviamento stella/triangolo e inversione di marcia di un motore asincrono trifase mediante un commutatore stella/triangolo e un invertitore di marcia manuali a camme Avviamento stella/triangolo e inversione di marcia con commutazione di linea su un motore asincrono trifase mediante apparecchiature a camme Avviamento di un motore asincrono trifase a doppia polaritˆ mediante un commutatore di poli manuale a camme Rifasamento Introduzione e caratteristiche generali Esempi applicativi Rifasamento di un motore asincrono trifase avviato direttamente Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase rifasato, con resistenze di scarica Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase rifasato, con resistenze di scarica e resistenze di preinserzione Appendice A Normativa A. Elenco dei comitati tecnici A. Principali Norme CEI Bibliografia... 89

8 Introduzione Il volume Impianti elettrici industriali, che segue lõopera Impianti elettrici civili, si occupa del settore industriale, ponendo particolare attenzione all'avviamento dei motori asincroni trifasi. In analogia con il precedente, anche questo volume un testo completo, di facile comprensione, che consente di affrontare lo studio nonchž l'esecuzione grafica e pratica degli impianti elettrici industriali. Anche qui si sono tenuti presenti alcuni aspetti fondamentali dellõimpiantistica: l'apprendimento dei segni grafici e la capacitˆ di strutturare e di leggere uno schema elettrico; una buona conoscenza degli apparecchi elettrici ai fini di una loro corretta installazione e manutenzione; un adeguato aggiornamento sui materiali e sulle apparecchiature utilizzate dall'installatore. Nei vari capitoli sono descritte le caratteristiche tecniche e normative degli apparecchi elettrici utilizzati; sono presi in esame i principali metodi di avviamento dei motori; sono infine presentati apparecchi di natura elettronica di recente concezione. Il tutto corredato da un nutrito numero di schemi elettrici. Ogni impianto, rappresentato contemporaneamente dallo schema funzionale e da quello di potenza (elaborati con tecniche computerizzate), preceduto da un commento atto a facilitarne la comprensione e l'esecuzione. Il testo stato strutturato in modo tale da lasciare al singolo docente la libertˆ di seguire la progressione didattica proposta dagli autori oppure individuare percorsi alternativi pi rispondenti alle esigenze della classe. Nel capitolo sono introdotti i segni grafici, indispensabili per la preparazione e lo studio degli schemi, e le sigle per l'identificazione degli apparecchi. Nel capitolo sono invece trattati argomenti generali, quali i sistemi di distribuzione, i quadri elettrici, un'analisi particolareggiata dei cavi, il dimensionamento delle linee e i sistemi di protezione. Inutile ricordare quanto sia importante la conoscenza dei segni grafici e della normativa per la tracciatura degli schemi elettrici: i primi possono legittimamente considerarsi come l'alfabeto dell'impiantistica, la seconda come un'unica lingua di lettura degli schemi. Nel capitolo sono analizzate le caratteristiche di funzionamento, costruzione e installazione dei pi importanti apparecchi di comando, di rilevazione e di protezione. Si ritenuto inoltre importante corredare questo capitolo di tutta una serie di figure e tabelle cos da completare l'informazione tecnica per gli studenti. Il capitolo si conclude con un'ampia panoramica sui motori elettrici, sulle loro caratteristiche generali, oltre che sulle caratteristiche specifiche di ogni singolo motore. I capitoli 4 e 5 sono interamente dedicati allo studio degli avviamenti dei motori elettrici. Il quarto capitolo presenta una serie di impianti riguardanti l'avviamento diretto dei motori. Gli schemi sono ordinati per complessitˆ e per argomenti specifici; nei vari impianti gli apparecchi ausiliari di comando e di

9 controllo sono inseriti gradualmente, permettendo in questo modo allo studente di entrare in possesso con maggiore facilitˆ delle caratteristiche di impiego e di inserzione degli stessi. Il quinto capitolo analizza gli avviamenti controllati, evidenziandone gli aspetti peculiari, le diversitˆ e le analogie. Nel capitolo 6 sono esaminate le diverse modalitˆ di regolazione e controllo della velocitˆ nei motori elettrici: vengono prese in esame le modalitˆ di regolazione per i motori asincroni trifasi a corrente alternata, per i motori passo-passo e per i motori a corrente continua. Il capitolo 7 considera gli apparecchi di comando a camme: componenti di struttura puramente elettrica che svolgono gli stessi avviamenti trattati in precedenza. Il capitolo 8 tratta il rifasamento degli impianti elettrici. lõargomento analizza i motivi per i quali si opera il rifasamento, presenta le caratteristiche dei metodi utilizzati e propone alcuni schemi esemplificativi. LÕopera si conclude con lõappendice A nella quale vengono elencate le principali Norme CEI che devono essere consultate nellõesecuzione degli impianti elettrici industriali. Gli autori ringraziano tutte le persone e le aziende che, mettendo a disposizione materiale di loro produzione, hanno permesso la stesura del presente volume. GIULIANO ORTOLANI EZIO VENTURI

10 8 Rifasamento 8. Introduzione e caratteristiche generali Tutti gli apparecchi elettrici assorbono una certa quantitˆ di corrente che dipende dalle loro caratteristiche elettriche. Nei circuiti elettrici la corrente in fase con la tensione quando il carico ohmico (resistenze), mentre sfasata in ritardo quando il carico induttivo (motori, trasformatori a vuoto) e sfasata in anticipo quando il carico capacitivo (condensatori). La figura 8. riporta la rappresentazione vettoriale dei diversi carichi. V I V V ϕ = 0 ϕ = 90 in ritardo ϕ = 90 in anticipo Carico ohmico Carico induttivo Nel caso dellõavviamento di un motore elettrico la corrente totale assorbita dalla macchina determinata dalla somma vettoriale della corrente ohmica, dovuta alla componente resistiva del carico, e dalla corrente reattiva, dovuta alla componente induttiva del carico. Strettamente legate a queste correnti si trovano la potenza attiva, associata alla parte resistiva del carico, e la potenza reattiva, associata alla parte induttiva del carico. La potenza reattiva induttiva, avendo valore medio nullo nel periodo, non 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. In altre parole, negli impianti per l'avviamento di motori elettrici insieme ad una potenza elettrica attiva presente sempre una potenza reattiva. Mentre la prima viene trasformata in lavoro dal motore, la seconda sostanzialmente necessaria per la creazione di campi magnetici che sono fondamenti per il funzionamento dei motori. é proprio la creazione di questi campi magnetici che determina un ritardo della corrente rispetto alla tensione (sfasamento) e che influisce sul valore finale della potenza apparente (contrattuale). Il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente viene definito fattore di potenza (cosϕ), mentre rifasare un impianto significa creare le condizioni per una diminuzione dell'angolo di sfasamento tra la tensione e la corrente in modo che il fattore di potenza si avvicini il pi possibile all'unitˆ. I I Carico capacitivo Fig. 8. Rappresentazione vettoriale del rapporto tra tensione e corrente nei carichi ohmico, induttivo e capacitivo.

11 54 Capitolo 8 Uno sfasamento elevato comporta degli aspetti negativi che si ripercuotono irrimediabilmente sull'utente. Il primo aspetto negativo riguarda le penalitˆ (quindi costo maggiore dell'energia elettrica) che l'utente deve pagare all'ente distributore. Attualmente, secondo la Relazione tecnica dellõautoritˆ per lõenergia elettrica e il gas facente parte della Delibera n. 5/04 ÒTesto integrato delle disposizioni dellõautoritˆ per lõenergia elettrica e il gas per lõerogazione dei servizi di trasmissione, distribuzione, misura e vendita dellõenergia elettrica per il periodo di regolazione e disposizioni in materia di contributi di allacciamento e diritti fissió, le penali tariffarie prevedono lõaddebito dellõenergia reattiva in due modi (o scaglioni) distinti: per una percentuale inferiore al 50% dell'energia attiva prelevata (cosϕ > 0,9) non cõ nessun addebito, tra il 50% e il 75% dell'energia attiva prelevata (0,8 < cosϕ < 0.9) viene applicato un addebito al kvarh pari a circa il 65% del prezzo del kwh, oltre il 75% dell'energia attiva prelevata (cosϕ < 0.8) viene applicato un addebito al kvarh pari a circa lõ85% del prezzo del kwh. Il secondo aspetto negativo riguarda la necessitˆ di aumentare la sezione dei conduttori (transita pi corrente) che si devono usare nell'impianto. Il dimensionamento della linea, infatti, viene calcolato in base alla potenza apparente, che dipendente sia dalla potenza attiva che da quella reattiva. Il terzo aspetto negativo, sempre legato al transito della corrente, riguarda le maggiori perdite di potenza in linea che sono proporzionali al quadrato della corrente. In definitiva, il rifasamento dell'impianto significa per l'utente una gestione pi economica dell'esercizio. Esistono per alcuni comportamenti preventivi che risultano molto importanti per ottenere preliminarmente un miglioramento del fattore di potenza. Essi possono sintetizzati nei punti che seguono. Usare motori e trasformatori correttamente dimensionati, in modo che non funzionino troppo a lungo col carico ridotto, sostituendo tempestivamente le macchine che presentano una potenza esuberante in relazione alle utenze alimentate con modelli di potenza adeguata. Non mantenere in esercizio motori diffettosi. In tutti i casi in cui lõesercizio lo consente, far marciare i motori con lõavvolgimento statorico collegato a triangolo quando funzionano a pieno carico e operare la commutazione a stella quando il carico scende al di sotto del 50%. Evitare di far funzionare le macchine a tensioni superiori a quella nominale; questa condizione comporta un aumento di induzione nelle macchine stesse e, quindi, un maggiore assorbimento di potenza reattiva. Non lasciare in funzione trasformatori e motori senza carico. Fig. 8. Condensatori monofasi per rifasamento. Qualora questi accorgimenti non siano sufficienti per avere un fattore di potenza adeguato, bisogna rifasare l'impianto. Rifasare lõimpianto consiste nel collegare in parallelo al carico un condensatore statico (fig. 8.) che risulta, quindi, essere il componente elettrico per migliorare il fattore di potenza. Il condensatore inserito in un circuito elettrico, infatti, produce potenza reattiva a differenza dei motori che per il loro funzionamento la richiedono. Questo dovuto al fatto che per la creazione del campo elettrico la tensione ad essere in ritardo sulla corrente. Questa produzione di energia reattiva compensa in parte il bisogno degli utilizzatori induttivi, determinando un miglioramento del cosϕ.

12 Rifasamento 55 Una batteria di condensatori, come quella utilizzata nelle tavole che seguono, collegata in parallelo ad un motore asincrono trifase determina un apporto di potenza reattiva che permette, con una potenza attiva fissa, una diminuzione di potenza reattiva richiesta alla rete di alimentazione, una diminuzione consequenziale di potenza apparente presente, minore corrente assorbita e per ultimo, ma non per questo di secondaria importanza, minori perdite e cadute di tensione in linea. Per quanto riguarda la progettazione del rifasamento di un impianto i punti importanti sono tre: la scelta del tipo di collegamento dei condensatori con l'impianto; il calcolo della potenza reattiva dei condensatori da installare; la determinazione dei punti dove installare i condensatori. In un sistema trifase, i condensatori possono essere collegati a stella oppure a triangolo. A seconda del tipo di collegamento, cambia il rapporto tra potenza reattiva, tensione e capacitˆ del condensatore; in particolare con il collegamento a stella si hanno le seguenti relazioni C Y = Q n πf( C I nc I Y U n ) = L = πfu n per il collegamento a triangolo, invece, valgono le relazioni seguenti C Δ Q n = I nc = πfc Δ U n I L = πfc Δ U n πf U n Dove U n la tensione concatenata del sistema di alimentazione, I L la corrente di linea e I nc la corrente che attraversa il condensatore. Dalle relazioni matematiche riportate si deduce che, a paritˆ di potenza reattiva, la connessione a stella richiede capacitˆ volte maggiori e i condensatori sono sottoposti ad una tensione minore. A paritˆ di capacitˆ invece, se il collegamento a stella, la potenza reattiva fornita tre volte minore (la corrente e la tensione sul condensatore sono minori) che nel caso del collegamento a triangolo. Il calcolo della batteria di condensatori da installare in un impianto relativamente semplice: conosciuti il cosϕ dellõimpianto senza rifasamento e il cosϕ che si vuole ottenere, si ricava mediante pochi calcoli la potenza reattiva necessaria per raggiungere il fattore di potenza voluto. Il fattore di potenza pu essere molto diverso fra due utenze, perchž dipende dal tipo di apparecchiature installate e da come sono utilizzate. Per esempio, i motori asincroni di gran lunga i pi diffusi hanno un fattore di potenza che varia in funzione del carico e del tipo di costruzione del motore stesso, fino a raggiungere valori estremamente bassi durante il funzionamento a vuoto. Se P la potenza attiva impianto, cosϕ 0 il fattore di potenza dellõimpianto non rifasato, cosϕ il fattore di potenza da raggiungere e K un coefficiente tabellare precostituito, la potenza reattiva Q C del sistema di rifasamento da installare si ricava con la relazione Q C = P ( tanϕ 0 Ð tanϕ ) = P K Si riportano nella tabella 8., a titolo di esempio e solamente per i motori asincroni trifasi con rotore in cortocircuito, i valori della potenza delle batterie di condensatori da installare in funzione della potenza dei motori. Nel caso di

13 56 Capitolo 8 motori con rotore avvolto opportuno aumentare la potenza reattiva risultante del 5%. Potenza reattiva da installare - Motore trifase 0/400 V Potenza nominale Velocitˆ di rotazione [g/min] [kw] [Cv] ,5 0, , Tab. 8. Valori della potenza delle batterie di condensatori in relazione alla potenza dei motori Per quanto riguarda la determinazione dei punti dove installare i condensatori, si fa presente che le tipologie di rifasamento sono cinque: rifasamento distribuito; rifasamento per gruppi; rifasamento centralizzato, rifasamento con regolatore automatico, rifasamento misto. Il rifasamento distribuito, chiamato anche rifasamento singolo, si basa sull'installazione di condensatori di opportuna potenza in parallelo e direttamente sui capi degli utilizzatori a basso fattore di potenza (fig. 8.). > kwh kvarh Fig. 8. Schema elettrico di un impianto di rifasamento distribuito. M U

14 Rifasamento 57 Di solito essi vengono azionati dalle stesse apparecchiature di comando degli utilizzatori. Questo un vantaggio in quanto, essendo inseriti e disinseriti dalla stessa apparecchiatura e utilizzando le stesse protezioni contro i sovraccarichi e i cortocircuiti, riducono sensibilmente il costo dell'installazione. Il rifasamento per gruppi (fig. 8.4) invece si caratterizza per l'utilizzo di un'unica batteria di condensatori di appropriata potenza che serve pi utilizzatori alimentati dalla medesima linea. > kwh kvarh Gruppo da rifasare Fig. 8.4 Schema elettrico di un impianto di rifasamento per gruppi. Il rifasamento centralizzato (fig. 8.5) si basa sull'utilizzo di un'unica batteria di condensatori che rifasa tutto l'impianto. La precauzione principale, che si deve osservare in questo tipo di rifasamento, di disinserire la batteria al termine del lavoro, per non inserire nella linea di alimentazione potenza reattiva, durante l'inattivitˆ dell'azienda. > kwh kvarh Impianto da rifasare Il rifasamento centralizzato a potenza modulabile viene scelto quando la variabilitˆ della potenza attiva e del cosϕ non rendono praticabile la soluzione precedente. In questo caso viene installato un regolatore automatico che comanda un certo numero di batterie di condensatori, inserendole o disinserendole a seconda delle necessitˆ dell'impianto. La potenza reattiva capacitiva totale si determina in funzione delle condizioni di carico pi gravose. La figura 8.6 riporta la rappresentazione esemplificata di un rifasamento centralizzato con regolatore automatico. Fig. 8.5 Schema elettrico di un impianto di rifasamento centralizzato. L L L N Ai carichi regolatore Fig. 8.6 Schema elettrico di un impianto di rifasamento centralizzato automatico.

15 58 Capitolo 8 Esistono anche rifasamenti misti. Essi sono costituiti dallõutilizzo di tutti o di una parte dei metodi precedenti. La figura 8.7 riporta un esempio di rifasamento misto. > kwh kvarh C Fig. 8.7 Schema elettrico di un impianto di rifasamento misto. C C La tabella 8. riporta i coefficienti K per i quali vanno moltiplicati i kw della potenza attiva consumata per determinare i kvar necessari per il rifasamento. Coefficiente K Valori iniziali cosϕ desiderato tgϕ cosϕ 0,87 0,88 0,89 0,90 0,9 0,9 0,9 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99,00,8,07,96,86,77,68,59,5,4,6,9,,6,0,04,98,9,88,8,78,7,69,64,60,56,5,48,44,40,7,,0,7, 0,0 0, 0, 0, 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,40 0,4 0,4 0,4 0,44 0,45 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 0,5 0,5 0,5 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,6 0,6 0,6,6,500,94,94,99,0,05,944,867,794,75,658,594,5,474,48,64,,6,,65,0,076,0 0,99 0,95 0,9 0,875 0,88 0,80 0,767 0,7 0,699 0,666,640,57,4,,6,7,05,97,894,8,75,685,6,560,50,445,9,8,88,9,9,47,0,060,09 0,979 0,940 0,90 0,865 0,89 0,794 0,759 0,76 0,69,667,555,448,48,54,64,079,999,9,849,779,7,648,587,59,47,48,66,5,67,0,74,0,088,046,006 0,967 0,99 0,89 0,856 0,8 0,787 0,75 0,70,695,58,476,76,8,9,07,07,950,877,807,740,676,65,557,500,446,94,4,95,48,0,58,6,074,04 0,995 0,957 0,90 0,884 0,849 0,85 0,78 0,748,74,6,505,405,0,,6,055,979,905,86,769,705,644,585,59,475,4,7,,76,,87,44,0,06,04 0,986 0,949 0,9 0,878 0,84 0,80 0,777,754,64,55,45,40,50,66,085,008,95,865,799,75,674,65,559,504,45,40,5,06,6,7,74,,09,05,05 0,979 0,94 0,907 0,87 0,89 0,807,785,67,565,465,7,8,96,6,09,966,896,89,766,704,646,589,55,48,4,84,7,9,47,05,6,,084,046,009 0,97 0,98 0,904 0,870 0,87,87,704,598,498,40,,9,48,07,998,98,86,798,77,678,6,567,55,465,46,69,4,80,7,96,56,6,079,04,006 0,970 0,96 0,90 0,870,85,78,6,5,47,48,6,8,05,0,96,896,8,77,7,656,60,549,499,450,40,58,4,7,0,90,5,,076,040,005 0,970 0,97 0,904,888,775,669,569,474,85,00,9,4,069,000,9,869,808,749,69,69,586,56,487,440,95,5,08,67,7,88,50,,077,04,007 0,974 0,94,99,86,70,60,55,46,4,60,84,0,04,974,90,849,790,74,680,67,577,58,48,46,9,49,08,68,9,9,54,8,08,048,05 0,98,977,864,758,657,56,47,88,08,,58,088,0,958,897,88,78,77,675,65,576,59,484,440,97,56,5,76,8,0,65,0,096,06,00,07,94,88,78,6,54,449,68,9,9,49,08,08,957,898,84,788,76,685,67,590,544,500,458,46,76,7,99,6,6,9,57,,090,80,067,96,86,766,676,59,5,44,6,9,5,6,00,04,985,9,878,88,779,7,687,64,600,559,58,479,44,405,68,,99,65, Tab. 8. Valori del coefficiente K. Le principali norme che trattano dei condensatori di rifasamento sono la CEI EN 608- (CEI -9) ÒCondensatori statici di rifasamento di tipo autorigenerabile per impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale inferiore o uguale a 000 V. Parte : Generalitˆ - Prestazioni, prove e valori

16 Rifasamento 59 nominali - Prescrizioni di sicurezza - Guida per lõinstallazione e lõesercizioó e la CEI EN 608- (CEI -0) ÒCondensatori statici di rifasamento di tipo autorigenerabile per impianti di energia a corrente alternata con tensione nominale inferiore o uguale a kv. Parte : Prova di invecchiamento, prova di autorigenerazione e prova di distruzione. Per una corretta installazione dei condensatori occorre ricordare che essi sono corredati di una targa sulla quale vengono riportati: il valore della tensione nominale (la tensione che si ha sulle armature e che il condensatore pu sopportare senza danni), il valore della frequenza nominale, quello della potenza reattiva, i dati riguardanti le resistenze di scarica, se incorporate dal condensatore, la temperatura di esercizio e il Marchio di Qualitˆ. Se nellõimpianto sono presenti condensatori con potenza superiore a kva e collegati in modo stabile al motore (macchina), secondo la normativa, essi devono avere dei dispositivi capaci di eliminare la carica rimasta in accumulo, una volta che l'impianto stato disinserito dalla linea di alimentazione. 8. Esempi applicativi Vengono proposti tre esempi di rifasamento distribuito. La tavola 8. presenta un teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase con una batteria di condensatori in parallelo agli avvolgimenti del motore. LÕimpianto strutturato in modo tale che gli avvolgimenti del motore siano sufficientemente in grado di scaricare i condensatori, una volta riaperta la linea di alimentazione. Al riguardo, la normativa precisa che la tensione deve essere minore di 50 V dopo un minuto di tempo. Inoltre, se i condensatori non sono provvisti internamente di un resistore per la scarica dell'apparecchio o se tale scarica non pu essere effettuata adeguatamente dagli avvolgimenti del motore, l'impianto deve essere provvisto di dispositivi di scarica. é questo il presupposto che sta alla base della tavola 8.. L'impianto riporta, insieme alla batteria di condensatori (comandata da un proprio contattore), delle resistenze di scarica. La tavola 8. presenta un impianto nel quale sono presenti anche delle resistenze di preinserzione. 8.. Rifasamento di un motore asincrono trifase avviato direttamente é il primo e pi semplice esempio di rifasamento distribuito (tav. 8.). Esso consiste nel collegare in parallelo con gli avvolgimenti statorici del motore asincrono trifase una batteria di condensatori opportunamente dimensionata. Con la chiusura del circuito di potenza si mettono sotto tensione sia gli avvolgimenti del motore sia i condensatori che costituiscono la batteria. Le apparecchiature utilizzate in questo impianto sono: un pulsante di arresto S; un pulsante di marcia S; un contattore Q, avente tre contatti di potenza e un contatto ausiliario; cinque fusibili F e F per la protezione dei circuiti di potenza e di comando; una batteria di tre condensatori C; un motore asincrono trifase M, avente una morsettiera con tre terminali. Il funzionamento dell'impianto il seguente: Si preme il pulsante di marcia S e si eccita la bobina del contattore Q. Comandando lo spostamento dei suoi contatti, essa determina la chiusura del contatto ausiliario (consentendo di ritenere il passaggio della corrente). La chiusura dei contatti di potenza determina il collegamento sia degli avvolgimenti statorici del motore M che dei condensatori della batteria alla linea di alimentazione.

17 60 Capitolo 8 Il motore M si avvia con rotazione oraria. La batteria di condensatori invece determina il rifasamento. Si preme infine il pulsante di arresto S che, interrompendo l'alimentazione della bobina del contattore Q, provoca lõarresto del motore M. La batteria di condensatori si scarica o attraverso gli avvolgimenti del motore oppure, se sono presenti, per mezzo di resistenze di scarica incorporate. 8.. Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase rifasato, con resistenze di scarica Questo esempio di rifasamento distribuito (tav. 8.) simile all'impianto precedente sul quale per sono inserite anche due resistenze di scarica collegate a triangolo. Le apparecchiature utilizzate in questo impianto sono: un pulsante di arresto S; un pulsante di marcia S; un contattore Q per il collegamento della batteria di condensatori, avente tre contatti di potenza e due contatti ausiliari; un contattore Q per il collegamento del motore, avente tre contatti di potenza e un contatto ausiliario; cinque fusibili F e F per la protezione dei circuiti di potenza e di comando; una batteria di condensatori C; due resistenze di scarica R; un motore asincrono trifase M, avente una morsettiera con tre terminali. Il funzionamento dell'impianto il seguente: Si preme il pulsante di marcia S, determinando la chiusura del circuito sulle bobine dei contattori Q e Q. La chiusura del contatto ausiliario del contattore Q stabilisce l'autoalimentazione delle bobine. L'apertura dei due contatti ausiliari del contattore Q scollega le due resistenze di scarica dal circuito. La chiusura dei contatti di potenza dei contattori Q e Q collega con la linea di alimentazione sia gli avvolgimenti statorici del motore M che i condensatori costituenti la batteria. Il motore asincrono trifase M si avvia con senso di rotazione orario. La batteria di condensatori invece determina il rifasamento. Si preme infine il pulsante di arresto S, il quale, diseccitando le bobine dei contattori Q e Q, determina la fermata del motore M e l'interruzione del collegamento alla linea di alimentazione della batteria di condensatori. Con la diseccitazione della bobina del contattore Q si chiudono i due contatti ausiliari, collegando le due resistenze di scarica R alla batteria di condensatori. 8.. Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase rifasato, con resistenze di scarica e resistenze di preinserzione Questo ultimo esempio (tav. 8.) presenta un impianto al quale sono state aggiunte anche delle resistenze di preinserzione. Questo provvedimento serve per diminuire la corrente transitoria (superiore di circa 00 volte la corrente nominale) che si forma ogni qualvolta si inserisce una sezione di una batteria di rifasamento di grande potenza. Le apparecchiature utilizzate in questo impianto sono: un pulsante di arresto S; un pulsante di marcia S; un contattore Q per il collegamento delle resistenze di preinserzione, avente tre contatti di potenza e tre contatti ausiliari; un contattore Q per l'inserzione della batteria di rifasamento, avente tre contatti

18 Rifasamento 6 di potenza e due contatti ausiliari; un contattore Q per l'avviamento del motore, avente tre contatti di potenza e due contatti ausiliari; una batteria di condensatori C; tre resistenze di preinserzione R; due resistenze di scarica R; cinque fusibili F e F per la protezione dei circuiti di potenza e di comando; un motore asincrono trifase M con una morsettiera con tre terminali. Il funzionamento dell'impianto il seguente: Si preme il pulsante di marcia S determinando l'eccitazione della bobina del contattore Q. La chiusura dei suoi due contatti ausiliari stabilisce l'autoalimentazione e l'eccitazione della bobina del contattore Q. La chiusura dei contatti di potenza del contattore Q collega gli avvolgimenti statorici del motore M alla linea di alimentazione. Il motore asincrono trifase M si avvia, ruotando in senso orario. L'apertura dei due contatti ausiliari del contattore Q, inseriti nel circuito di potenza, provoca l'esclusione delle resistenze di scarica R dal circuito. Contemporaneamente la chiusura dei contatti di potenza del contattore Q determina il collegamento delle resistenze di preinserzione R alla batteria di condensatori C. La chiusura del contatto ausiliario, inserito nel circuito di comando, del contattore Q determina l'eccitazione anche della bobina del contattore Q. Questa, oltre ad aprire i due contatti ausiliari, creando un'ulteriore interruzione sul ramo delle resistenze di scarica R, chiude i contatti di potenza collegando la batteria di rifasamento C alla linea. Si preme infine il pulsante di arresto S, il quale, diseccitando le bobine dei contattori Q, Q e Q, determina la fermata del motore M, l'interruzione del collegamento alla linea di alimentazione della batteria di condensatori C e delle resistenze di preinserzione R. Con la diseccitazione delle bobine dei contattori Q e Q si richiudono i contatti ausiliari, collegando le due resistenze di scarica R alla batteria di condensatori.

19 6 Capitolo 8 Tav. 8. Rifasamento di un motore asincrono trifase avviato direttamente. L L L Q F C M F S S Q Q U V W 4 A A 4 4 PE L L

20 Rifasamento 6 Tav. 8. Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase rifasato, con resistenze di scarica rapida. L L L Q F C M F S S Q PE Q Q U V W A A 4 4 A A 4 Q Q Q R L L

21 64 Capitolo 8 Tav. 8. Teleavviamento diretto di un motore asincrono trifase rifasato, con resistenze di scarica rapida e resistenze di preinserzione. L L L Q F C M F S S Q Q U V W 4 A A 4 4 A A Q Q Q R PE Q Q Q Q A A4 R Q Q Q L L