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Rifasamento - Tecnica


Il rifasamento dei carichi è una necessità comune a tutte le attività che utilizzano energia elettrica. Infatti, ogni utenza che utilizza energia elettrica richiede alla rete l'energia attiva necessaria per compiere il lavoro, unitamente ad una certa quantità di energia reattiva (quantità che dipende dalla tipologia delle macchine inserite nell'impianto) che, benché non produttiva, l'ente fornitore si fa pagare sotto forma di penale se superiore ai valori contrattuali.

Tale penale si può azzerare installando un adeguato sistema di rifasamento. Il quadro di rifasamento, installato in parallelo agli altri carichi, fa si che l’energia reattiva erogata dall’ente fornitore si riduce e si ha quindi l’annullamento dei costi superflui.
Oltre a questo effetto immediatamente quantificabile, il rifasamento ha anche altre conseguenze importanti.


1) A parità di POTENZA ATTIVA (kW), la POTENZA APPARENTE (kVA), parametro che serve per il dimensionamento dell’impianto, è inversamente proporzionale al cosø.

È perciò evidente che all’aumentare del cosø si riduce il dimensionamento e quindi il costo dell’impianto.

2) La POTENZA PERSA (DP) in linea è legata al cosø attraverso la

dove K1 è un fattore di proporzionalità.
Un aumento del cosø riduce notevolmente la perdita di potenza, sotto forma di calore, nei cavi e nelle sbarre, rallentando l’invecchiamento.

3) La CADUTA DI TENSIONE (DeltaV) in linea è data da:

dove K2 è un fattore di proporzionalità.
Anche qui si può vedere che un aumento del coscosø riduce la caduta di tensione in linea, consentendo così un migliore rendimento delle utenze essendo la tensione lungo la linea più vicina al valore nominale.

Un sistema di rifasamento è adeguatamente dimensionato quando si è considerato sia l’aspetto quantitativo che l’aspetto qualitativo. È perciò necessario conoscere:

1) la potenza rifasante (kvar) che bisogna installare per azzerare la penale, attraverso l’analisi dei consumi.

2) le condizioni ambientali e di rete elettrica nelle quali si troverà a funzionare il condensatore, in particolare per quanto riguarda la presenza di armoniche in linea.


Calcolo dei kvar necessari

Rifasamento distribuito
1) motore asincrono trifase:
può essere rifasato localmente usufruendo del vantaggio di avere il cavo di alimentazione percorso da una corrente inferiore.
La potenza necessaria per il rifasamento può essere ricavata dalla tabella 1.

Nel caso si abbia un motore con rotore avvolto, è necessaria una maggiorazione del 5% della potenza ricavata dalla tabella 1.

2) perdite a vuoto del trasformatore: nel funzionamento a vuoto del trasformatore MT/BT, che si può avere nelle ore notturne e nei giorni festivi, assorbe potenza con un basso cosø e deve quindi essere rifasato. La potenza necessaria può essere ricavata dalla tabella 2, nota la potenza nominale del trasformatore e la tensione primaria.


Rifasamento centralizzato
Per fare un calcolo preciso sulla necessità di rifasamento in un impianto servono: la potenza massima utilizzata e il cosø dell’impianto; tali valori sono deducibili dalle fatture della società elettrofornitrice oppure dalla effettuazione di opportune misure. Stabilito il valore cosø che si vuole avere nell’impianto, dalla tabella 3 si determina il coefficiente K con cui moltiplicare i kW utilizzati per quantificare i kvar di rifasamento.

Esempio: un impianto che utilizza P=1000kW con cosø=0.70 deve essere rifasato a cosø=0.94; dalla tabella 3 si ricava K=0.66 e quindi l’impianto ha bisogno di Q=1000x0.66=660kvar di rifasamento alla tensione di rete.
Se la potenza del sistema di rifasamento proposto è riferita a una tensione diversa da quella di rete, bisogna tenerne conto attraverso la relazione

Esempio: se la potenza di 660 kvar è a 400V e il rifasamento proposto è a 440V, si dovrà considerare almeno

per compensare il carico in esame.


Il problema delle armoniche
Le armoniche sono prodotte da carichi cosiddetti non lineari e cioè:
• apparecchiature per ufficio (PC, fotocopiatrici, ecc.),
• lampade a scarica nei gas,
• UPS,
• motori comandati da convertitori statici,
• convertitori statici,
• forni ad arco.

Le armoniche producono una forma d'onda di tensione e corrente non sinusoidale, come mostrato nella figura seguente.

Forma d'onda con armoniche
Le armoniche immesse in rete dai carichi non lineari vanno a sovraccaricare i condensatori di rifasamento, che devono essere opportunamente dimensionati per poter sopportare efficacemente lo stress aggiuntivo.


Schema elettrico di batteria standard



Andamento dell'impedenza di una batteria di condensatori in funzione della frequenza
Quando la distorsione in linea raggiunge valori elevati diventa inoltre più consistente il pericolo di risonanze parallelo tra sistema di rifasamento e rete. Può cioè nascere una corrente di entità tale da poter danneggiare seriamente i condensatori e le altre apparecchiature inserite in rete.
Note la potenza di corto circuito della rete (S in kVA) e la potenza del condensatore di rifasamento (Q in kvar), è possibile determinare la frequenza di risonanza parallelo attraverso la formula:

dove fr e f1 sono rispettivamente la frequenza di risonanza parallelo e la frequenza della fondamentale (50/60Hz).
Se la frequenza così calcolata è vicina alla frequenza di una armonica presente in rete, si verifica la risonanza parallelo tra condensatori e rete alla frequenza di tale armonica.

Risonanza

Per scongiurare questo pericolo è perciò indispensabile adottare sistemi di rifasamento opportunamente studiati e cioè dotati di reattanze di antirisonanza.



Schema elettrico di batteria dotata di reattanza di antirisonanza


Andamento dell'impedenza di una batteria di condensatori dotata di reattanza di antirisonanza in funzione della frequenza



Come si può notare dalla figura sopra, per frequenze superiori a quella di accordo reattanza-condensatore, la batteria di rifasamento si presenta alla rete come una induttanza, eliminando perciò la possibilità di risonanza nella rete di distribuzione.

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