La qualità dell’elettricità riguarda principalmente le variazioni e le fluttuazioni di tensione, l’asimmetria di tensione e la distorsione armonica di tensione. Anche l’entità e la natura della potenza reattiva hanno un impatto importante sulla qualità dell’energia. Un livello basso del fattore tg(φ) e il suo mantenimento in un intervallo ristretto di 0…0,4 ha un effetto positivo sull’aumento dell’efficienza dell’uso dei cavi elettrici e dei trasformatori e sul miglioramento dei parametri di qualità di base.

Descrizione del problema identificato

In una struttura con un carico molto tipico e uniforme su base settimanale, sono stati riscontrati superamenti di tg(φ) nei conti di fatturazione dell’energia. È stata registrata una fetta rappresentativa dei livelli di carico. Su questa base, si deve stimare la potenza di compensazione necessaria per ottenere un valore di tg(φ) inferiore a 0,4. Bisogna anche considerare il metodo di funzionamento del compensatore.

Gli strumenti di misurazione usati:

• Analizzatore Sonel PQM-702 (vedi il successore Sonel PQM-710)
• Pinza amperometrica flessibile F-1A
• Software Sonel Analysis

Figura 1. L’immagine della potenza attiva e del tg(φ) di un periodo di carico rappresentativo

Figura 2. L’immagine della potenza attiva e reattiva di un periodo di carico rappresentativo

Si noti che è importante il comportamento del fattore tg(φ) in associazione alle variazioni di potenza attiva e alle variazioni di potenza reattiva della componente a 50 Hz (Fig. 1.). Su questa base si può determinare il valore della potenza reattiva capacitiva che compensa la componente induttiva per ottenere il valore previsto di tg(φ).

Nel calcolo, si applicano le formule (1), (2):

dove:
tg_R – il valore effettivo del fattore,
tg_Z – il valore di riferimento del fattore,
Q_R – il valore della potenza reattiva del componente di base,
Q_K – il valore di potenza reattiva di compensazione,
P_R – il valore della potenza attiva del componente di base.

Conclusioni preliminari

1. L’analisi è basata sulla Fig. 2 in scala e sulle formule (1) e (2).
2. Si può notare che la potenza attiva e la potenza reattiva sono chiaramente correlate sia nel tempo che nel valore, consentendo l’utilizzo di un compensatore fisso.
3. Il livello di potenza attiva assume in media due valori di 67 kW (vedere 3.) e 75 kW (vedere 2.).
4. I valori corrispondenti di tg(φ) sono 0,62 e 0,85 Formula (2).
5. Entrambi i valori superano significativamente il valore di 0,4.
6. Utilizzando una batteria di condensatori di 26,25 kVAr accesa in modo permanente, si ottiene un tg(φ) di circa 0,4.
7. Con una batteria di condensatori di 30 kVAr accesa in modo permanente, si ottiene un tg(φ) di circa 0,35.
8. Con una batteria di condensatori di 41 kVAr accesa in modo permanente, si ottiene un tg(φ) di circa 0, che rappresenta un rischio di sovracompensazione della rete.
9. Il valore ottimale per la capacità del condensatore è di 30 kVAr.

Figura 3. L’immagine delle tensioni fase-fase durante un periodo di carico rappresentativo

Figura 4. L’immagine THD delle tensioni fase-fase durante un periodo di carico rappresentativo

Conclusioni

1. Nel caso analizzato dell’osservazione rappresentativa, il livello di potenza reattiva era sempre induttivo con due livelli dominanti di potenza attiva.
2. Il valore di potenza di compensazione di 30 kVAr determinato dall’equazione (2) garantirà che il fattore tg(φ) si riduca a circa 0,35.
3. Quando un carico capacitivo reattivo di questa portata è installato in modo permanente, il fattore tg(φ) non deve scendere al di sotto di circa 0,2.
4. La leggera variazione della tensione di alimentazione tra 512 V e 524 V (Fig. 3.) implica una leggera dispersione nei risultati del calcolo di circa il 5%.
5. Il basso livello di THD U implica un basso rischio di armoniche nella tensione (Fig. 4.).

Raccomandazioni

1. Il basso livello di armoniche nella tensione consente di utilizzare condensatori senza bobine di arresto.

Autore: Krzysztof Lorek

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