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2 Ing. ARMANDO FERRAIOLI Ing. BIAGIO AURIEMMA Corso Umberto I, 232 Corso Umberto I, CAVA DE TIRRENI (SA) CAVA DE TIRRENI (SA) R I F A S A R E

3 Rifasare un impianto elettrico significa risparmiare sul costo dell energia elettrica utilizzata. In altri termini l obiettivo che ci si pone facendo ricorso al rifasamento è di ottenere un fattore di potenza tale che il prezzo dell energia elettrica non venga gravato dalla penale per basso valore del Cos fì. Si definisce Rifasamento qualsiasi provvedimento che porta ad un aumento del fattore di potenza in una sezione di una rete elettrica con lo scopo di ridurre, a pari potenza attiva transitante, il valore della corrente che circola a monte. Anche se lo scopo del Rifasamento di un impianto utilizzatore è essenzialmente di tipo economico e quindi nella sua progettazione è necessario ricorrere a valutazioni di carattere finanziario che forniscono le indicazioni necessarie per la soluzione di massima convenienza, il rifasamento può fornire Vantaggi Tecnici come: - Maggiore Stabilità della Tensione - Maggiore Potenziamento di un Impianto Preesistente ma anche inconvenienti se non si precede con professionalità ricorrendo a opportuni filtri per minimizzare gli effetti di correnti armoniche presenti nella rete per l istaurarsi di condizioni di risonanza che si generano quando vengono inseriti i sistemi di rifasamento. Generalità Ricordiamo brevemente che per un carico monofase ohmico-induttivo : la Potenza Attiva P (ossia potenza utilizzata dal carico ) è ottenuta dal prodotto della tensione per la componente in fase della corrente: P = V I cos fì, mentre la Potenza Reattiva Q ( ossia potenza assorbita dal carico ) è ottenuta dal prodotto della tensione per la componente in quadratura della corrente: Q = V I sen fì

4 la Potenza Apparente S è ottenuta dal prodotto della tensione per la corrente assorbita dal carico: S = V I = ( P 2 + Q 2 ) 1/2 La potenza reattiva circolante sulle reti elettriche ha in genere carattere induttivo e fondamentalmente si presenta allorquando siamo in presenza di carichi come: - Motori Asincroni (con bassi fattori di potenza cosfì < 0,5 ) - Lampade a scarica con reattori di stabilizzazione - Saldatrici a Trasformatori - Forni a Induzione Forni ad Arco -.. ecc. SOLUZIONI TECNICHE In sintesi la progettazione del rifasamento di un impianto consiste nel ricorrere all installazione di opportuni condensatori definendo: - Potenza reattiva che devono fornire - Tipo di collegamento in rete - Punti in cui i condensatori devono essere installati Per quanto riguarda quest ultimo aspetto si distinguono: - RIFASAMENTO DISTRIBUITO: ossia i condensatori sono collegati ai morsetti di un singolo carico e vengono inseriti mediante lo stesso interruttore del carico - RIFASAMENTO CONCENTRATO: ossia i condensatori sono inseriti mediante un interruttore indipendente - RIFASAMENTO AUTOMATICO: ossia i condensatori sono inseriti in una zona precisa dell impianto e la sua inserzione è controllata da una strumento che misura il fattore di potenza in modo da mantenere in quel punto dell impianto, un fattore di potenza costante e uguale ad un valore prefissato.

5 Come si è detto il rifasamento aumenta la potenzialità dell impianto perché diminuisce la corrente nei cavi e nei trasformatori, per cui la potenza attiva trasmessa può essere aumentata. Diminuendo la corrente si ottiene conseguentemente una diminuzione delle perdite per effetto Joule. Anche la caduta di tensione nella parte dell impianto a monte dei condensatori di rifasamento si riduce e ciò permette di risparmiare anche sulla sezione dei cavi. PROCEDURA DI VALUTAZIONE La procedura più razionale per la definizione e l installazione di un impianto di rifasamento può essere sinteticamente riassunta come qui di seguito: 1) Verificare se l utente deve pagare l Energia Reattiva attraverso l esame delle fatture dell Energia Elettrica 2) Verificare se l impianto è disturbato da troppi frequenti interventi del limitatore di corrente 3) Analizzare altre esigenze come: - diminuzione della potenza impiegata - aumento della potenza disponibile - riduzione delle perdite DECIDERE IL TIPO DI RIFASAMENTO PIU ADATTO Il sistema di rifasamento più efficace risulta essere quello effettuato direttamente sui singoli carichi. In parecchi casi però per ragioni economiche, tecniche o pratiche vengono adottati rifasamenti di gruppo o centrali di tipo automatiche. Calcolare quindi la potenza delle batterie o del condensatore varierà a seconda che si tratti di una batteria per rifasamento centralizzato, o per rifasamento di singoli carichi.

6 CALCOLO DELLA POTENZA DEI CONDENSATORI DI RIFASAMENTO Conoscendo la Potenza Attiva P del carico, se si indica con fo il valore dello sfasamento della corrente rispetto alla tensione di alimentazione e con f 1 il valore dell angolo che si vuole ottenere dopo il rifasamento la Potenza Reattiva Qc necessaria allo scopo sarà: Qc = ( tg fo - tgf 1 ) x P Che sinteticamente si scrive anche: Qc = K x P Essendo il valore di K tabellato in funzione di cos fo e cos f1 (vedi tabella allegata). Se quindi consideriamo: P = 50 (KW) con cosfo = 0,76 volendo rifasare a cosf1 = 0,90 ebbene in corrispondenza di questi due valori si ottiene un valore di K = 0,37 e pertanto risulta necessaria una batteria di potenza reattiva: Qc = 0,37 x 50 = 18,5 (Kvar ) Installando la Qc calcolata la potenza apparente S dell impianto richiesta varierà: da: S = ( 50 / 0,76 ) = 65,8 (KVA) a S = ( 50 / 0,90 ) = 55.5 (KVA) con una diminuzione del 15 %. RESISTENZA DI SCARICA DEI CONDENSATORI E IMPEDENZE LIMITATRICI Nell allacciamento di un condensatore bisogna sempre verificare che all atto della disinserzione esso possa scaricarsi. Nel rifasamento di motori e trasformatori non sono necessarie apparecchiature supplementari in quanto la scarica può avvenire attraverso gli avvolgimenti delle macchine. Quando ciò non avvenga è necessario predisporre delle Resistenze di Scarica in parallelo al condensatore. Essa dipende dal valore della capacità equivalente C (in µf) e dal tipo di collegamento dei condensatori dell impianto di rifasamento a cui facciamo riferimento.

7 In dipendenza dell energia elettrostatica che il condensatore deve dissipare in breve tempo sulla resistenza, questa è opportuna che abbia la potenza dell ordine di qualche Watt. Le Norme prescrivono inoltre che indipendentemente dalla presenza di efficienti dispositivi di scarica, tutti i morsetti dei condensatori disinseriti siano posti in corto-circuito fra loro e a terra prima che il personale addetto al servizio possa accedere alla batteria. E altresì prescritto che la cassa dei condensatori sia collegata francamente a terra quando la cassa è al potenziale di terra in servizio normale e non è provvista d isolamento supplementare verso terra. In particolare negli impianti di M.T. allorquando si hanno per un impianto di rifasamento, più batterie di condensatori vicine e alimentate da uno stesso cavo occorre prevedere in serie ad ogni batteria opportune Impedenze Limitatrici per evitare che all inserzione si abbia un brusco trasferimento di energia dalla o dalle batterie già in tensione a quella da mettere in servizio. Le impedenze limitatrici sono costituite da un induttore con in parallelo un resistore di smorzamento. Nella condizione più critica la corrente massima da prendere in considerazione è in tal caso: Ix = 2 1/2 ( w / wo ) Io Dove : Io = corrente nominale (in ampere efficaci) wo = pulsazione nominale w = 1 / ( L C ) 1/2 = pulsazione propria Il resistore in parallelo all induttore ha invece lo scopo di limitare l ampiezza delle tensioni impulsive tra batteria e massa per sovratensioni d origine atmosferica. VANTAGGI ECONOMICI DEL RIFASAMENTO In assenza di rifasamento, ammesso che il fattore di potenza medio mensile sia costante per tutti i mesi dell anno, il maggior costo annuo dell energia è dato

8 quindi da: ( 0,9 - cos fm ) x C x E dove: cos fm = fattore di potenza medio annuo C = Costo del KWh E = Energia in KWh consumata nell anno Se si rifasa a cos f = 0,9 la maggiore spesa annua è data da: Qc x K x O e pertanto il risparmio annuo per l utente è: ( 0,9 - cos fm ) x C x E - Qc x K x O dove: Qc = Potenza Reattiva in KVAR della batteria dei condensatori necessaria a portare il cos fm a 0,9 K = Costo impianto della batteria di condensatori per KVAR O = Oneri annui relativi dei condensatori (ammortamenti e costo del denaro, in genere : O = 0,25). Ma col rifasamento si ottiene anche una riduzione delle perdite sull impianto esistente, pertanto il risparmio ottenuto per la diminuzione delle perdite prodotte dal carico può essere considerato come una rendita annuale a fronte di un investimento dei condensatori. Ovviamente questa rendita sarà tanto maggiore quanto più elevato è il numero delle ore di lavoro del carico in un anno e quanto più elevato è il prezzo E dell energia in /KWh. La durata nel tempo della rendita sarà uguale al numero di anni n di durata prevista dell impianto.

9 Per confrontare, in termini monetari, l esborso iniziale con la rendita successiva è necessario renderli omogenei nel tempo. Un procedimento assai semplice per ottenere questo scopo è quello di Attualizzare all anno zero gli introiti ottenuti nei diversi anni. Il valore Attualizzato A di una rendita annuale R per n anni è fornito dalla formula: A = R ( 1 + h ) -j dove h = è il tasso di attualizzazione. Ing. ARMANDO FERRAIOLI Ing. BIAGIO AURIEMMA Articolo n.3 X Istallatore elettrico Art doc

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