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

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• Introduzione • Principali Obiettivi • Criteri di dimensionamento • Rifasamento in presenza di impianti solari

INDICEINDICEINDICEINDICE

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Introduzione

Nei circuiti elettrici la corrente risulta in fase con la tensione solamente nel caso di carichi puramente resistiviresistiviresistiviresistivi,,,, risulta invece in ritardo quando i carichi sono induttiviinduttiviinduttiviinduttivi (motori, trasformatori a vuoto) e in anticipo quando il carico è capacitivocapacitivocapacitivocapacitivo (condensatori).

A

P cos =ϕ

La PotenzaPotenzaPotenzaPotenza ReattivaReattivaReattivaReattiva (Q)(Q)(Q)(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 FattoreFattoreFattoreFattore didididi PotenzaPotenzaPotenzaPotenza

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Principali Obiettivi

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.

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.

Principali Obiettivi In aggiunta agli immediati effetti di risparmiorisparmiorisparmiorisparmio, il rifasamento offre ulteriori importanti vantaggi tecnici. Un aumentoaumentoaumentoaumento del coscoscoscosϕϕϕϕ riduce considerevolmente le perdite per potenzapotenzapotenzapotenza dissipatadissipatadissipatadissipata sulle linee di trasmissione, con la seguente riduzione del processo di invecchiamento.

Principali Obiettivi

AumentareAumentareAumentareAumentare ilililil coscoscoscos φφφφ da 0,7 a 1 significa: • riduzioneriduzioneriduzioneriduzione del 50% dei costi legati alle perdite ohmiche sulla rete

• aumento del 50% della correntecorrentecorrentecorrente disponibiledisponibiledisponibiledisponibile sulla rete

L’aumento del cosϕϕϕϕ porta alla riduzione delle cadute di tensione in linea, assicurando così un

migliore funzionamento generale.

Significa risparmiare centinaia di migliaia di tonnellate di combustibile e rendere disponibili

alcune centrali e centinaia di cabine di trasformazione.

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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

RifasamentoRifasamentoRifasamentoRifasamento CentralizzatoCentralizzatoCentralizzatoCentralizzato:::: soluzione migliore nel caso di sistemi di carico variabile

Criteri di dimensionamento

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

K COEFFICENT

Qc = P x K

Criteri di dimensionamento

Rated Power Rotation speed (rpm)

kW HP 3000 1500 1000 750

22 30 6 8 9 10 kVAr

30 40 7.5 10 11 12.5 kVAr

37 50 9 11 12.5 16 kVAr

45 60 11 13 14 17 kVAr

55 75 13 17 18 21 kVAr

75 100 17 22 25 28 kVAr

-- -- -- -- -- -- --

355 482 67 76 86 98 kVAr

400 544 78 82 97 106 kVAr

450 610 87 93 107 117 kVAr

Rifasamento dei motori asincroni trifaseRifasamento dei motori asincroni trifaseRifasamento dei motori asincroni trifaseRifasamento dei motori asincroni trifase

Criteri di dimensionamento Rifasamento dei trasformatori MT/BTRifasamento dei trasformatori MT/BTRifasamento dei trasformatori MT/BTRifasamento dei trasformatori MT/BT

Transformer PowerTransformer PowerTransformer PowerTransformer Power Oil TransformerOil TransformerOil TransformerOil Transformer Resin Cast TrasformersResin Cast TrasformersResin Cast TrasformersResin Cast Trasformers

kVAkVAkVAkVA kVArkVArkVArkVAr kVArkVArkVArkVAr 10101010 1 1,5 20202020 2 1,7 50505050 4 2 75757575 5 2,5

100100100100 5 2,5 160160160160 7 4 -------- -- --

1600160016001600 35 22 2000200020002000 40 25 2500250025002500 50 35 3150315031503150 60 50

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:Alcuni casi pratici:Alcuni casi pratici:Alcuni casi pratici: 1)1)1)1) Utenza tradizionale (no FTV)Utenza tradizionale (no FTV)Utenza tradizionale (no FTV)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.

Rifasamento in presenza di impianti solari Alcuni casi pratici:Alcuni casi pratici:Alcuni casi pratici:Alcuni casi pratici: 2) Utenza passiva a cui viene aggiunto un impianto fotovoltaico2) Utenza passiva a cui viene aggiunto un impianto fotovoltaico2) Utenza passiva a cui viene aggiunto un impianto fotovoltaico2) 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 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’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 (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.

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 0.98 3- 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

Grazie per l’attenzione

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