I carichi non lineari come i gruppi di continuità (UPS), gli alimentatori per computer, l’illuminazione a LED, gli inverter, i condizionatori d’aria, ecc. assorbono dalla rete corrente distorta e sfasata. Uno degli effetti negativi di tale funzionamento è la generazione di potenza reattiva capacitiva nella rete.

Per tali interventi, i gestori dei sistemi di distribuzione impongono tariffe aggiuntive (penali contrattuali), spesso di valore significativo. Si può risolvere questo problema in diversi modi, tra cui uno dei più semplici ed efficaci è utilizzare un compensatore dinamico. Questo dispositivo serve a monitorare la rete e a regolare in modo continuo i parametri per rispettare i valori impostati del cos(φ).

Come scegliere un compensatore con i parametri giusti in tre passi? L’articolo lo spiega con un caso reale di un’azienda che produce dispositivi elettronici.

Passo 1: Analisi del rapporto costi-efficacia della compensazione della potenza reattiva

Quando nella fattura compaiono oneri supplementari per il consumo o la generazione della potenza reattiva, occorre effettuare un’analisi del rapporto costi-efficacia della compensazione della potenza reattiva. In questo caso, i costi annuali aggiuntivi sono stati di circa 6.000 PLN netti (1.400 EUR). Per questo motivo si è deciso di installare un compensatore.

Passo 2: Effettuare le misurazioni e i calcoli basati sulle fatture

Il secondo passo è quello di effettuare le misurazioni e i calcoli basati sulle fatture per scegliere il compensatore adeguato. A tal fine, è stata effettuata una misurazione settimanale ed è stato creato un profilo di carico per l’impianto. È stato utilizzato un analizzatore di qualità dell’energia Sonel PQM-711 di classe A con un set di pinze flessibili F-3A. Per analizzare i dati è stato impiegato il software Sonel Analiza. Le misurazioni sono state effettuate con un periodo di calcolo delle medie di 10 secondi per catturare con precisione il profilo di carico.

Figura 1. L’analizzatore Sonel PQM-711 durante la misurazione

I valori di potenza reattiva cambiavano da fase a fase, quindi bisogna selezionare la potenza del compensatore che corrisponde alla potenza più alta tra le tre fasi. La potenza più alta di Q=3,5 kvar è stata registrata nella fase L1 (Figura 2). Su questa base, è possibile scegliere un compensatore da 10 kvar (3,33 kvar per fase). Dato che l’impianto intende investire in ulteriori alimentazioni dei carichi, è stato scelto un compensatore da 15 kvar (5 kvar per fase) in modo da avere una riserva di potenza per il futuro.

Figura 2. Forme d’onda settimanali della potenza reattiva per ciascuna fase prima della compensazione

Figura 3. Grafico settimanale dell’energia reattiva trifase prima della compensazione
(verde – induttiva, rosso – capacitiva)

Figura 4. Forme d’onda settimanali delle correnti per ciascuna fase prima della compensazione

Passo 3: Acquistare e installare un compensatore

Questo passo consiste nell’acquistare e installare un compensatore quindi nel verificare se funziona correttamente. Nell’impianto studiato è stato utilizzato il compensatore dinamico LKD 15 di Lopi, che ha ottime prestazioni e fornisce un’elevata efficienza di compensazione. I compensatori LKD sono gli unici sul mercato realizzati su transistor al carburo di silicio (SiC), con perdite di 12,5 W/A. In base alle misurazioni delle correnti nell’impianto studiato (Figura 4), sono stati selezionati trasformatori di corrente da 60/5 A classe 0,5 per garantire la massima qualità possibile della compensazione della potenza reattiva. I trasformatori sono stati selezionati in base alle correnti medie misurate in un periodo di calcolo delle medie di 10 s, considerando le dimensioni del cavo.

Figura 5. Pannello frontale del compensatore LKD15

Il compensatore è stato collegato in parallelo al quadro elettrico principale dell’edificio. Per configurare il compensatore in modo corretto, secondo le istruzioni, bisogna collegarsi alla sua rete Wi-Fi, accedere all’account dell’installatore e impostare i parametri del trasformatore di corrente (la corrente primaria e la classe del trasformatore). Le altre impostazioni standard del produttore garantiscono una compensazione efficace.

Figura 6. Schema di collegamento del compensatore alla rete

Per verificare che i trasformatori di corrente siano collegati in modo corretto, bisogna controllare la tabella Trasformatori di corrente nella scheda Controlli dello stato (Figura 7).Questa tabella mostra le fasi di collegamento dei trasformatori di corrente e la loro presenza. Se i trasformatori di corrente vengono scambiati per errore, questo sarà visibile nella tabella, in modo da facilitare notevolmente il corretto collegamento del compensatore.

Figura 7. Tabella che mostra il corretto collegamento dei trasformatori di corrente

Figura 8. Installato il compensatore LKD15 nell’impianto studiato

In seguito alla configurazione di base e alla verifica del collegamento, il dispositivo è stato acceso e il compensatore si è messo a svolgere efficacemente il suo compito.

Ai fini del confronto, le misurazioni sono state ripetute nell’arco di una settimana. La Figura 9 mostra la forma d’onda del valore dell’energia reattiva capacitiva, che è pari a zero per tutto l’intervallo. Questo dimostra l’efficacia della compensazione, che viene confermata definitivamente dalle fatture del fornitore di energia – le spese sono scese a zero.

Figura 9. Grafico settimanale dell’energia reattiva trifase dopo la compensazione
(verde – induttiva, rosso – capacitiva)

Compensatore + analizzatore di qualità dell’alimentazione = risparmi reali

Nel caso descritto, le spese sostenute per diagnosticare il problema con l’analizzatore Sonel PQM-711 e per installare il compensatore Lopi LKD15 si ripagheranno dopo circa 18 mesi, generando un risparmio economico di diverse migliaia di PLN all’anno. Nell’era dell’elettronica energetica diffusa, i compensatori dinamici sono uno strumento di compensazione della potenza reattiva molto efficace, semplice da selezionare e da installare. I compensatori dinamici LKD permettono di compensare la potenza reattiva induttiva e capacitiva in ogni fase in modo indipendente. In aggiunta alla compensazione della potenza reattiva, offrono anche il filtraggio delle armoniche superiori e la simmetrizzazione della potenza attiva. Gli analizzatori di qualità dell’energia Sonel PQM forniscono misure affidabili e informazioni per la scelta dei compensatori.

Ingegner Marcin Szkudniewski, Sonel S.A.
Ingegner Piotr Matera, Lopi Sp. z o.o.