Reazioni sulla rete

A causa dell'impiego di mezzi di produzione elettrici con caratteristiche d'esercizio non lineari (ad es. convertitori statici di corrente, comando a ritardo di fase) si manifestano reazioni sulla tensione delle reti di distribuzione. Gli apparecchi e gli impianti devono, per principio, essere fatti funzionare in mo- do tale da escludere disturbi di altri impianti o reazioni su istallazioni dell'azienda elettrica. Le reazioni sulla rete vengono suddivise in

• armoniche superiori (la frequenza è un multiplo della frequenza della rete di 50 Hz)

• armoniche superiori interarmoniche (frequenze tra le armoniche)

• variazioni della tensione di breve durata (causate dall'inserimento e dal disinserimento di carichi).

Come sfarfallamento si definiscono gli effetti di variazioni rapide della ten- sione su altri utilizzatori (ad es. variazioni della luminosità nelle lampade ad incandescenza oppure variazioni della coppia nelle macchine elettriche). I flussi di armoniche generati da un impianto causano cadute di tensione che si sovrappongono alla tensione di rete e ne disturbano la forma sinu- soidale.

i1= corrente elettrica sinusoidale a 50 Hz,

i5= corrente elettrica sinusoidale a 250 Hz, ecc.

Il fattore di distorsione (in inglese: THD, Total Harmonic Distorsion) è una misura della distorsione globale della tensione. Può essere calcolato mediante la formula

n: numero ordinale dell'armonica In: armonica della corrente elettrica n

Ieff: valore effettivo della corrente elettrica

4.1 / 20 Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Gestione dell'energia

Conseguenze delle reazioni sulla rete

• Facendo una considerazione approssimativa si ammette che le distorsio- ni armoniche della tensione al di sopra del 10% del THD valgono come potenziali cause di disturbo.

• Punte di tensione di breve durata o diminuzioni della stessa possono causare disturbi negli apparecchi elettronici sensibili alle variazioni di tensione. • Possono parimenti essere disturbati i segnali di comando trasmessi dal-

l'azienda elettrica.

• Correnti elettriche supplementari in impianti di compensazione causano perdite supplementari.

Collegando apparecchi ed impianti alla rete di distribuzione della corrente elettrica devono essere rispettati i limiti stabiliti per quanto concerne la per- centuale di armoniche superiori:

valori normali delle armoniche superiori della tensione per reti a bas- sa tensione secondo ASE 3600-1 (Norma SN 413600 «Limitazione degli

influssi nelle reti di distribuzione della corrente elettrica»).

r numero delle variazioni ad ogni minuto

r numero delle variazioni ad ogni secondo

➀ – valori massimi pretesi nella rete

➁ – contributi ammessi da parte dei singoli utenti della rete

Valore di riferimento: tensione nominale

Vengono considerati solo i numeri ordinali tipici per i convertitori statici di corrente Un: tensione delle armoniche (riferita alla tensione nominale)

n: numero ordinale dell'armonica superiore

Valori limite

Valori normali

Urz%

DÛ

Domanda di allacciamento

Impianti con circuito soppressore

Le norme sono reperibili presso: Associazione svizzera degli elettrotecnici (ASE) Seefeldstr. 301 Casella postale 8034 Zurigo Tel. 01 / 384 91 11 Fax 01 / 55 14 26

Per l'allacciamento di apparecchi e d'impianti con reazioni sulla rete (ad es. motori alimentati mediante convertitori statici di corrente) e di quelli che superano una determinata potenza occorre inoltrare una domanda di allac- ciamento all'azienda elettrica competente (formulario UCS 1.18).

I circuiti soppressori sistemati presso il produttore che ingenera le armoni- che superiori possono servire ampiamente a tenere lontane dalla rete le cor- renti delle armoniche superiori. La norma SN 413724 contiene disposizio- ni sul modo in cui occorre eseguire gli impianti di compensazione e gli im- pianti muniti di circuito soppressore, affinché sulla rete non si manifestino punti di risonanza non controllati. Le disposizioni testé citate spiegano inoltre come è possibile, mediante circuiti soppressori, ridurre a valori am- missibili le tensioni delle armoniche superiori.

Energia reattiva Sfasamento massimo Potenza reattiva Impianti di compensazione Bobina di reattanza

Impianti di compensazione

Per gli impianti «soggetti ad induzione» e provvisti di bobine, motori, tra- sformatori, ecc. deve essere utilizzata energia supplementare sotto forma di energia reattiva. Affinché l'energia reattiva non debba percorrere continua- mente avanti ed indietro tutto il percorso esistente tra l'azienda elettrica e l'utente, si collegano in serie batterie di condensatori.

Per la spiegazione dei concetti di potenza reattiva, potenza apparente e fat- tore di potenza (coseno phi) cfr. capitolo 1.5, Concetti di tempo e di potenza.

P: potenza reale

Q1: potenza reattiva senza compensazione

S1: potenza apparente senza compensazione w1: fattore di potenza senza compensazione

Q2: potenza reattiva con compensazione

S2: potenza apparente con compensazione w2: fattore di potenza con compensazione

Qc: potenza reattiva di compensazione I trasformatori e le reti di conduttori devono essere misurati per quanto con- cerne la potenza apparente. Questa potenza apparente diminuisce utiliz- zando un impianto di compensazione.

Le aziende elettriche fatturano per lo più un'energia reattiva che supera un certo valore. Quali limiti vengono prescritti uno sfasamento massimo de- terminato, rispettivamente un cos w minimo (ad es. cos w = 0.9).

Calcolo della potenza reattiva:

Q

= P

(tg w

- tg

)

[kvar]

Per non disturbare o affievolire i segnali di comando trasmessi dalle azien- de elettriche, gli impianti di compensazione di una potenza superiore ai 25 kvar per utente devono avere una bobina di reattanza inserita a monte. Que- st'ultima impedisce parimenti che la frequenza di risonanza dei condensa- tori di compensazione e della rete induttiva (circuito oscillante parallelo) coincida con la corrente di un'armonica superiore esistente e causi una distorsione inammissibile della tensione di rete.

Rapporto di trasformazione Perdite per funzionamento a vuoto Perdite dovute al carico Perdite globali

4.2 Tecniche fondamentali

dell'energia

Trasformatore

I trasformatori trasformano l'energia elettrica di una tensione determinata in energia elettrica di un'altra tensione con l'ausilio di campi alternativi.

U1,I1: tensione primaria,

corrente primaria U2,I2: tensione secondaria,

corrente secondaria

N1: numero di spire sul primario

N₂: numero di spire sul secondario Z1: impedenza d'entrata

Z₂: impedenza d'uscita

ü = U

/U

= N

/N

= I

/I

; ü

= Z

/Z

ü: rapporto di trasformazione

Perdite

Perdite per funzionamento a vuoto:

F

= P

+ P

PFe = perdite nel ferro

P_H = perdite per isteresi

PW = perdite per correnti parassite

Perdite dovute al carico:

P

= I

• R

+ I

• R

PCu = perdite nel rame

I₁ = corrente d'entrata I2 = corrente d'uscita

R₁ = resistenza dell'avvolgimento d'entrata R2 = resistenza dell'avvolgimento d'uscita Perdite globali:

P

= P

+ P

4.2 / 2 Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia

Perdite dipendenti dal carico

Rendimenti del carico nominale di trasformatori

Potenza 100 VA 1 kVA 10 kVA 100 kVA 1 MVA 10 MVA

Rendimento h 0.88 0.9 0.96 0.97 0.98 0.99

Rendimento a dipendenza dal carico

Il trasformatore dovrebbe essere scelto in modo da ottenere il rendimento ottimale in prossimità del carico medio.

Fonte: H.R. Ris, Elektrotechnik für den Praktiker, AT Verlag

Rendimento

Carico

Rendimento: