Rifasamento efficienza energetica

ABB SACE
Sistemi di rifasamento
per l’efficienza
energetica
Tipi di carico
„
Tre categorie di carichi
R
„
Resistivi
Ohm Ω
L
„
„
Induttivi
Capacitivi
Henry H
C
Farad F
Carichi industriali
„
La maggior parte dei carichi industriali possono essere visti
come resistenze ed induttanze in serie
V
I
VR
VL
V
L
90°
φ
VR
I
400
300
200
100
V
0
0
-100
-200
-300
-400
45
90
135 180 225 270 315 360 405 450 495 540
I
La corrente I risulta essere in ritardo
sulla tensione di alimentazione V
Potenze utilizzate nei carichi
Tutti i carichi induttivi richiedono per funzionare
correttamente due tipi di potenza:
„
Potenza attiva (kW) che produce lavoro utile
„
Potenza reattiva (kvar) che sostiene il campo
elettromagnetico e pertanto non è utilizzabile
„
Potenza apparente (kVA) che rappresenta la potenza
totale consumata
Concetto base del rifasamento
„
Se si inserisce un condensatore è possibile ottenere una
diminuzione di questo angolo di differenza
ω
IC
I
IRL
R
V
V
IC
C
L
ϕ1
ϕ2
I
IRL
Il condensatore connesso in parallelo assorbe kvar allo
stesso modo del carico ma in opposizione di fase
Calcolo capacità necessaria
Per calcolare la potenza capacitiva necessaria ad ottenere un dato
fattore di potenza si ricava k dalla tabella riportata
Cosfì di partenza
Cosfì desiderato
kvar=k*kW
Nanogramma
In modo equivalente si può utilizzare il seguente nanogramma
kvar=k*kW
Esempio calcolo capacità e risparmio
kW=410
Potenza Attiva a pieno carico : 410 kW
φ1
Potenza Apparente iniziale kVA1= 410/0.7 = 586
kV
A1
Potenza Reattiva iniziale kvar1 = kVA1* sin φ1=586*0.714=419
=5
86
kvar1=419
Fattore di potenza iniziale : cos φ1= 0.7
Fattore di potenza desiderato cos φ2= 0.95
Riduzione di Potenza Apparente kVA = 586-432=154
1=
58
6
284
Potenza Apparente Finale kVA2= 410/0.95=432
kV
A
kvar1=419
Potenza Induttiva residua kvar2 = kVA2* sin φ =432*0.3122=135
kW=410
φ1
φ2
kVA
2=43
2
kvar2=135
φ f 2)
Potenza Capacitiva necessaria kvar = 410 ( tan f 1-tan
cos φ 1=0.7
tan φ 1=1.020
tan φ 1=0.329
cos φ 2=0.95
= 410 (1.020-0.329) = 284
Vantaggi di un buon fattore di potenza
„
Minore corrente prelevata dalla rete significa
„
ridotta corrente di carico del trasformatore e dei cavi
„
minori perdite Joule (RI2)
„
„
nei cavi
„
nel trasformatore
„
nelle apparecchiature di protezione
minori cadute di tensione
„
nei cavi
„
nel trasformatore
„
aumento della potenza disponibile ai morsetti del trasformatore
„
nessuna penale sulla bolletta elettrica
Minore corrente di carico nel trafo e nei cavi ( I)
ƒ Fattore di riduzione pari a
In (%) = ( 1 – cos φì1/ cos φ2 ) x 100
ƒ Per la stessa potenza in kW, la In si
riduce del 27% e il cos φ viene portato
da 0,7 a 0,95.
27%
0.95
Ridotte perdite joule nei cavi (RI²)
ƒ Fattore di riduzione pari a
% riduzione perdite
RI2 [W] (%) = ( 1 – cos φ1/ cos φ2 ) x 100
ƒ A parità di carico le perdite si riducono del
46% portando il cosfì da 0,7 a 0,95.
46
cos φ finale
cos φ iniziale
Ridotte perdite joule nel trafo (RI²)
ƒ Prima della modifca
Targa del trasformatore : 500kVA
Carico attuale : 300 kW a cos φ=0,7
perdite nel Ferro :
1150 W
Perdite nel Rame :
6000 x (carico attuale/targa)2
6000 x (300/0,7/500)2 = 4410 W
Perdite totali = 1150 + 4410 = 5560 W
ƒ Dopo correzione del cos φ
Cos φ = 0,9
perdite nel Ferro :
1150 W
Perdite nel Rame :
6000 x (300/0,9/500)2 = 2670 W
Perdite totali = 1150 + 2670 = 3820 W
Risparmio di energia : 1740 W
Ridotta potenza apparente kVA del trafo
cos φ iniziale
kVA = kW (1/cos φ1 - 1/cos φ2)
Esempio :
Carico di 200 kW
Cosfì iniziale (cos φ1 ) = 0,5
Cosfì finale (cos φ1 ) = 0,8
Potenza recuperata = 299x0,75 = 150 kVA
cos φ finale
Carico del Trasformatore
Con cos φ1 = 0,5 > 200/0,5 = 400 kVA
Con cos φ2 = 0,8 > 200/0,8 = 250 kVA
Potenza recuperata =400-250=150 kVA
0.75
% kVA recuperati
Esempio calcolo del risparmio energetico
Bolletta Energetica
• Consumo mensile kWh = 70.125
• Consumo mensile kvarh = 63.081
• Assumendo una attività di :
340 giorni/anno
15 ore/giorno
• Potenza Media kW = 70125/425(ore/mese) = 165 (66% del pieno carico )
• Potenza Media kvar = 63081/425(ore/mese) = 148
• Potenza Media kVA = SQR(1652 +1482 ) = 222
• Cos φ medio = kW / SQR( kW2 + kvar2) = 0,744
= 0,9
• Cos φ minimo per evitare penalità
• Potenza di rifasamento richiesta = kW ( tg φ1 – tg φ2 )
= 165 ( 0,9 – 0,475 ) = 70 kvar
• Nella pratica si incrementa la potenza di un 10% per assicurarsi di essere sempre sopra al
cos φ 0,9.
Nuova situazione
• Potenza Media kW = 165
• Potenza Media kvar = 148 – 70 = 78
• Potenza Media kVA = SQR(1652 + 702 ) = 179
La potenza media mensile (kVA) è ridotta del 20 %
Installazioni tipiche
„
„
„
Compensazione fissa di trasformatori
Compensazione individuale di grandi motori ( > 50
kW )
Compensazione di carichi variabili
Compensazione di trasformatori
Vantaggi :
ƒ Aumenta la disponibilità di potenza
ƒ Riduce le perdite
ƒ Riduce la caduta di tensione
Grado di compensazione :
ƒ Regola generale : 10 % della potenza nominale in kVA del trasformatore
ƒ Nota : verificare la risonanza tra trasformatore e condensatore
La frequenza di risonanza si calcola con la seguente formula :
f = fp
Dove :
f
= frequenza di risonanza
fp = frequenza di rete
Psc = potenza di corto circuito del trafo in kVA
Pc = potenza del condensatore in kvar
Psc
Pc
Se la frequenza risultante è vicino alle armoniche più comuni (5, 7, 11, 13 ecc.) è
necessario modificare il valore del condensatore.
Compensazione di motori
Grado di compensazione :
1 : Regola generale : 40 % della potenza
nominale del motore
2 : Utilizzo delle apposite tabelle
3 : Calcolo basato sulle caratteristiche
individuali del motore
Scegliere sempre un condensatore la cui
corrente sia il 90 % della corrente a
vuoto del motore
Vn
In
IC = 0,9 x I0
I0
Banchi di rifasamento automatico
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Vantaggi
Regolazione del cos
Migliore utilizzo dei condensatori rispetto alla compensazione individuale
Evita la possibilità di sovracompensazione
Requisiti di un quadro di rifasamento
Corretta scelta delle caratteristiche del regolatore (c/k) e della potenza del
gradino per evitare pendolamenti.
Verificare l’intervallo minimo di disinserzione / inserzione per evitare
l’inserzione del condensatore ancora carico.
Insensibilità alle armoniche
Protezione contro la mancanza di tensione (disinserzione automatica )