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Corrente Alternata - Sistema Trifase - Rifasamento

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Corrente alternata Sistema Trifase rifasamento

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Corrente Alternata - Sistema Trifase - Rifasamento

  1. 1. Prof. Ing. Pasquale Alba © 2016 CORRENTE ALTERNATA E SISTEMA TRIFASE Tensioni e correnti sinusoidali. Carichi resistivi, induttivi, capacitivi, misti. Fasori. Fattore di potenza. Potenza attiva, reattiva, apparente. Rifasamento. 1 Pro manuscripto - Dispense didattiche Istituti Professionali - Istituti Tecnici Industriali STAMPA SOLO SE NECESSARIO Discipline: Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica ed Elettronica
  2. 2. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Tensione alternata sinusoidale • Abbiamo un alternatore monofase. Ha due fili di uscita. Li colleghiamo ad un voltmetro o ad un oscilloscopio. • Se tracciamo su un diagramma sull’asse orizzontale il tempo e sull’asse verticale la tensione misurata ai suoi capi, vedremo una forma d’onda sinusoidale. 2 T periodo V t tempo ∿ V + - T= 1 ƒ [s] frequenza ƒ= T 1 [Hz]
  3. 3. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Periodo Frequenza e Pulsazione 3 T periodo V t tempo ƒ= T 1 T= 1 ƒ frequenza periodo[Hz] o [c/s] o [s-1] [s] pulsazione 𝝎=2𝜋ƒ [rad/s]
  4. 4. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Valore di picco, picco-picco ed efficace 4 Vp t Vpp Veff= √2 Vp Veff √2=1,4142
  5. 5. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Tensione alternata sinusoidale Perché da un alternatore esce fuori una tensione o una corrente con forma d’onda sinusoidale? Tutto nasce dal sistema rotativo nelle centrali dove si produce l’energia elettrica: 5 Una spira di materiale conduttore rotante a velocità uniforme immersa in un campo magnetico: la variazione nel tempo del flusso magnetico (d𝜙/dt) concatenato con la spira produce una forza elettromotrice che mette in moto gli elettroni. Tale f.e.m. ha una forma sinusoidale.
  6. 6. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Alternatori 6 Alternatore di automobile Alternatore di centrale con turbina a vapore ad asse orizzontale Alternatore di centrale con turbina idraulica Kaplan ad asse verticale
  7. 7. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Generatori: Dinamo vs Alternatori 7 AlternatoreDinamo Mentre un Alternatore ha spazzole elettriche e un collettore ad anelli continui, la Dinamo ha un collettore sezionato a settori, che rimette la polarità sempre nello stesso verso sui fili di uscita. La tensione e la corrente sono continue pulsanti.
  8. 8. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 8 Alternatore didattico
  9. 9. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 La tensione alternata sinusoidale mette in moto una corrente alternata sinusoidale • Colleghiamo all’alternatore un carico lineare. Esso sarà sottoposto alla tensione elettrica V sinusoidale ed entro di esso fluirà una corrente elettrica I 9 R caricoValternatore I I=V/R
  10. 10. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Corrente alternata sinusoidale • Se tracciamo sullo stesso grafico in asse verticale oltre alla tensione V anche la corrente I, vedremo due forme d’onda: quella della tensione e quella della corrente. • Anche la forma d’onda della corrente sarà sinusoidale se il carico è di tipo lineare. • Non sarebbe sinusoidale se nel carico ci fossero componenti non lineari (come ad esempio i diodi) 10
  11. 11. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Forme d’onda di tensione e corrente 11 t V I La corrente è in fase con la tensione Lo sfasamento tra V e I è zero su carico resistivo V I ∿ R
  12. 12. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Forme d’onda di tensione e corrente 12 t V I su carico induttivo Osserva i picchi: La corrente è in ritardo di 1/4 di periodo sulla tensione: che sia in ritardo si vede dal fatto che la linea rossa è spostata più a dx verso t maggiori 1/4 di periodo significa un quarto di 360° (essendo il periodo T diviso in 360°) LV I ∿ 360° 𝜙 𝜙 𝜙=360°/4=90° I in ritardo su V
  13. 13. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 su carico capacitivo 13 V I Forme d’onda di tensione e corrente C t V I ∿ Osserva i picchi: La corrente è in anticipo di 1/4 di periodo sulla tensione: si vede dal fatto che la linea rossa è spostata più a sx verso t minori 1/4 di periodo significa un quarto di 360° 𝜙=360°/4=90° I in anticipo su V 𝜙
  14. 14. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Forma d’onda della corrente su carico misto (resistivo-capacitivo-induttivo) 14 V I La corrente è sfasata rispetto alla tensione di una certa quantità 𝝓 che dipende da quanto pesano, nel carico, le 3 componenti: resistiva capacitiva e induttiva t
  15. 15. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Perché la Fase è espressa in gradi angolari 15 Perché lo sfasamento 𝝓 tra tensione e corrente è espresso in termini di angolo e non di tempo? Per semplicità: se le posizioni reciproche di V e I si mantengono costanti, 𝝓 è costante anche variando la frequenza (mentre se esprimessi lo sfasamento in termini di tempo esso cambierebbe al variare della frequenza). Ma il motivo più importante è la rappresentazione mediante Fasori che più avanti definiremo.
  16. 16. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in continua In corrente continua (DC): la potenza è il prodotto di tensione per corrente 16 P=V*I Infatti la potenza è la capacità di fare una certa quantità di lavoro nell’unità di tempo: V è lavoro per unità di carica e I è quantità di carica che passa nell’unità di tempo quindi V*I è lavoro su tempo.
  17. 17. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in alternata 17 In corrente alternata (AC): lo stesso concetto vale istante per istante quindi la potenza istantanea al tempo t è il prodotto di tensione al tempo t per corrente al tempo t p(t)=v(t)*i(t) v(t)= Vp*cos(2πt/T) i(t)= Vp*cos(2πt/T+𝜙) ove V e I variano nel tempo e sono sinusoidali: T=1/ƒ
  18. 18. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in alternata 18 V e I sono i valori di picco, T è il periodo, 𝜙 è lo sfasamento della corrente rispetto alla tensione e può essere: • positivo (corrente in anticipo sulla tensione) • negativo (corrente in ritardo sulla tensione) P(t)=V*cos(2𝜋t/T)*I*cos(2𝜋t/T+𝜙) Sostituiamo le funzioni che rappresentano V e I nel tempo:
  19. 19. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in alternata 19 P(t)=V*cos(2𝜋t/T)*I*cos(2𝜋t/T+𝜙) Se tensione e corrente sono in fase, esse hanno in ogni istante lo stesso segno e quindi il loro prodotto è sempre positivo. Ma se c’è uno sfasamento, non è così e, quindi, nell’arco del tempo di un periodo, vi sono dei momenti in cui la potenza è negativa. t + + + - + - - - 𝜙
  20. 20. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in alternata 20 Come visto sopra per carichi puramente induttivi o puramente capacitivi, tensione e corrente sono tra loro sfasate di 1/4 di periodo. Nei carichi puramente induttivi la corrente è 1/4 di periodo in ritardo rispetto alla tensione. Nei carichi puramente capacitivi la corrente è 1/4 di periodo in anticipo rispetto alla tensione. In ambedue i casi, la potenza istantanea è una sinusoide a frequenza doppia in cui la parte negativa è uguale a quella positiva e pertanto la potenza va avanti e indietro, cioè rimbalza tra generatore e carico. La potenza media scambiata tra generatore e carico è zero. Ma la corrente comunque è presente e quindi produce sulle linee elettriche delle perdite pari a R*I2 .
  21. 21. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in alternata 21 La potenza che fluttua avanti e indietro tra generatore e carico è chiamata: POTENZA REATTIVA Q e si misura in VAr (voltampere reattivi) La potenza netta che viaggia da generatore verso il carico è chiamata: POTENZA ATTIVA P e si misura in W (watt)
  22. 22. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Caso reale 22 Un motore di una elettropompa, è un carico parzialmente resistivo e parzialmente induttivo quindi misto. La potenza ha una parte attiva e una reattiva. La parte attiva, misurata in W, è quella che produce lavoro, ad esempio il sollevamento di acqua. La parte reattiva, misurata in VAr (voltampere reattivi), è invece parassita, non produce lavoro, ma produce perdite e riscaldamenti nei cavi. 
 Si cerca di eliminarla effettuando il cosiddetto RIFASAMENTO del carico.
  23. 23. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 23 La somma di potenza attiva e reattiva è chiamata: POTENZA APPARENTE: simbolo S, unità di misura VA Potenza apparente: S = V*I = P + jQ ove: Potenza attiva: P = V*I*cos(𝝓) [W] Potenza reattiva: Q = V*I*sen(𝝓) [VAr] cos(𝝓) è definito: “cosfi" o fdp Fattore di Potenza o PF (Power Factor) Potenza in alternata monofase
  24. 24. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza in alternata monofase 24 Confrontiamo le due espressioni: P=V*I e P= V*I*cos(𝝓) Il fattore cos(𝝓) è un numero che nei casi pratici può andare da 0 a 1 Vale 1 quando 𝝓=0 cioè quando lo sfasamento tra tensione e corrente è zero. (in continua) (in alternata monofase)
  25. 25. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Calcolo della corrente in un Sistema Monofase 25 Data la potenza attiva (W) e il cosfi di una elettropompa monofase vogliamo calcolare la corrente: da: P= V*I*cos(𝜙) ricavo: I = P / [V cos(𝜙)] Calcolo della corrente in un carico monofase, utile per dimensionare cavi, salvamotori, fusibili, MT
  26. 26. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Penale e fatturazione potenza reattiva • Il cos(𝜙) ideale è 1 • Quando il cos(𝜙) è inferiore a 0,7 il gestore ENEL obbliga a rifasare l’impianto • Quando è compreso tra 0,7 e 0,8 non obbliga a rifasare ma applica una penale fatturando l’energia reattiva fino a circa 1€/kVAr • Il rifasamento può essere anche parziale fino a 0,95 induttivo, che è un buon valore • Con valori superiori si rischia di avere un carico leggermente capacitivo che è proibito assolutamente. 26
  27. 27. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Calcolo della corrente in un Sistema Monofase 27 Esempio: abbiamo una elettropompa monofase a 230V di potenza attiva 3kW e cosfi=0,75. La corrente assorbita a regime sarà: I = Pa / [V cos(𝜙)]= 3000W/(230V*0,75)=17,4A Il magnetotermico o i fusibili e i cavi saranno dimensionati a 25A e il salvamotore sarà scelto e tarato a 18A
  28. 28. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 FASORI 28 Per gestire meglio le grandezze V e I in alternata e gli sfasamenti espressi in angoli, si introduce il concetto di fasore. Il fasore è un vettore che contiene due informazioni: intensità e direzione
  29. 29. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 FASORI 29 Qualsiasi grandezza sinusoidale può essere rappresentata graficamente mediante un vettore rotante chiamato FASORE e disegnato come una freccia. La lunghezza della freccia è proporzionale all’intensità. L’angolatura indica la fase. Come riferimento per gli angoli si usa solitamente l’asse x (Est) e gli angoli positivi vengono misurati in senso antiorario. In questo grafico, l’angolo di V è 0° mentre quello di I è -45° (o 315°). Lo sfasamento tra i due è 😬=45°. I è sfasata di -45° rispetto a V oppure V è sfasato di +45° rispetto a I. Qualunque grandezza può essere scelta come riferimento e disegnata a 0°. In questo caso V. Ciò che importa è lo sfasamento reciproco tra le grandezze. V I 😬
  30. 30. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 RIFASAMENTO 30 Il RIFASAMENTO di un carico serve a ridurre la potenza reattiva e consiste nel rimettere il più possibile in fase corrente e tensione, cioè a ridurre il loro sfasamento reciproco in modo da minimizzare la potenza reattiva. V I 😱 V I 😘
  31. 31. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 RIFASAMENTO 31 Per rifasare un carico di tipo resistivo-induttivo come, ad esempio una elettropompa (quindi con la corrente in ritardo rispetto alla tensione), semplicemente aggiungiamo un’opportuna quantità di condensatori in parallelo al motore, in modo da riportare la corrente I il più possibile allineata con V quindi con 𝜙 piccolo vicino a zero. V Im 😱 😘 Ic Ic It M ImIc It C
  32. 32. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 RIFASAMENTO 32 Qui vediamo l’utilità di lavorare con i vettori anziché con le sinusoidi. Il vettore contiene le stesse informazioni cioè intensità e fase e rende possibili somme in modo semplice. Qui sommiamo la corrente Ic che scorre nel condensatore di rifasamento, alla corrente Im che scorre nel motore elettrico. La corrente totale It si ottiene mettendo Ic e Im in fila come elefanti. V Im 😱 😘 Ic It Ic M ImIc It V
  33. 33. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Calcolo di C 33 Per calcolare il condensatore si può partire dalla corrente Ic o dalla potenza reattiva di tipo capacitivo da aggiungere. Qui parto da Ic e uso solo i moduli: Ic=V/Zc Zc=1/(ωC) ove ω=2πf=314 Ic=V*ωC da cui si ricava il valore di C: C= Ic/(V*ω) [farad, F]
  34. 34. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 IMPIANTI ELETTRICI: SISTEMA TRIFASE • Nella contesa tra il sistema in corrente continua proposto da Thomas Edison e il sistema trifase in corrente alternata di Nikola Tesla si affermò quest’ultimo • Per due motivi: campo magnetico rotante, con soli tre conduttori • Le perdite nel sistema trifase sono un quarto rispetto al monofase 34
  35. 35. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 SISTEMA DI TESLA PER TRASPORTO ENERGIA A DISTANZA 35
  36. 36. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Il sistema trifase odierno • Gli alternatori trifase hanno tre fasi in uscita denominate RST o L1 L2 L3. C’è inoltre un quarto polo chiamato centrostella che fa da polo di riferimento della tensione, ed è collegato alla terra e poi diventa quello che viene chiamato Neutro. • Ognuna delle tre fasi ha una tensione con forma d’onda sinusoidale rispetto al centro stella sia tra fase e fase. • Le tre sinusoidi hanno la stessa frequenza ma sono sfasate nel tempo tra di loro di 1/3 di periodo cioè: • Essendo il periodo corrispondente a 360° (cioè ad un giro completo dell’alternatore) lo sfasamento reciproco tra le fasi è 360°/3=120° 36
  37. 37. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Il sistema trifase odierno 37
  38. 38. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 COLLEGAMENTI A STELLA E A TRIANGOLO • Sia gli alternatori che i motori trifase hanno tre avvolgimenti che possono essere collegati in due modi distinti: a stella (Y) e a triangolo (∆) 38 STELLA o Y TRIANGOLO o ∆ (DELTA) Centrostella
  39. 39. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 COLLEGAMENTO A STELLA • Nel collegamento a stella, ciascuno dei tre avvolgimenti ha uno dei 2 poli in comune con gli altri. Tale polo è detto Centrostella o Neutro. Gli altri 3 poli sono le fasi denominate R S T o L1 L2 L3. 39
  40. 40. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 COLLEGAMENTO A STELLA • Nel sistema europeo se misuriamo con un multimetro in alternata le tensioni tra ciascuna delle fasi e il centrostella o neutro, leggeremo 230V. • Le tensioni delle tre fasi L1 L2 L3 rispetto al neutro N si chiamano TENSIONI STELLATE o DI FASE e si indicano con la lettera E. 40 • Se in Europa in B.T. misuriamo le tensioni tra una fase qualsiasi e il centrostella leggeremo: • E1=230V • E2=230V • E3=230V • Se le tre tensioni sono uguali: il sistema è detto simmetrico
  41. 41. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 COLLEGAMENTO A STELLA 41 • Se in Europa misuriamo le tensioni tra due fasi qualsiasi in B.T. leggeremo 400V • Queste tensioni si chiamano TENSIONI CONCATENATE
 e si indicano con la lettera V o U • tra L1 e L2 : V12=400V • tra L2 e L3 : V23=400V • tra L3 e L1 : V31=400V
  42. 42. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 42 La tensione concatenata V si ottiene, per le proprietà dei triangoli equilateri, moltiplicando la tensione stellata E per √3=1,73 Sistema trifase rappresentato mediante fasori V=E*√3
  43. 43. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 COLLEGAMENTO A TRIANGOLO 43 • Il collegamento dei generatori è normalmente a triangolo e così anche i trasformatori sul lato in cui non bisogna avere un riferimento a terra. • In prossimità delle utenze è a stella per mettere il centrostella a terra. • Il Neutro è utile per potere alimentare utenze monofase
  44. 44. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Potenza e corrente in un sistema trifase simmetrico ed equilibrato Pa = Pa1+Pa2+Pa3 = 3*E*I*cos(𝜙) = √3*V*I*cos(𝜙) 44 I = P / [3*E*cos(𝜙)] = P / [√3*V*cos(𝜙)] da cui: dove P è la potenza attiva e si misura in W, E è la tensione di fase o stellata (in BT 230V, in MT 11547V), V è la tensione concatenata (in BT 400V, in MT 20kV)
  45. 45. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Tensione e corrente in un sistema trifase simmetrico ed equilibrato visti come FASORI 45 E1 E3 E2 I1 I3 I2 𝜙 𝜙 𝜙
  46. 46. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Calcolo della corrente in un Sistema Trifase 46 Esempio: abbiamo una elettropompa trifase a 400V, con potenza attiva 90kW e cosfi=0,82. La corrente assorbita a regime sarà: I = P / [√3*V*cos(𝜙)]= 90000W/(1,732*400V*0,82)=158,4A oppure: I = P / [3*E*cos(𝜙)]= 90000W/(3*230V*0,82)=158,0A Il magnetotermico o i fusibili e i cavi saranno dimensionati almeno per 200A. Per l’avviamento si dovrà utilizzare un avviatore statico (soft-starter) a Triac, che contiene anche la protezione termica, o un Avviatore Triangolo-Stella o un Convertitore Statico di Frequenza
  47. 47. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 VANTAGGI DEL SISTEMA TRIFASE 47 Tre carichi monofase: 6 fili con resistenza R G G G La potenza persa nel trasporto è: 6*R*I2 R R R R R R I I I
  48. 48. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 VANTAGGI DEL SISTEMA TRIFASE 48 Tre carichi trifase: 3 fili ciascuno con resistenza R La potenza persa nel trasporto è: 3*R*I2 quindi il 50% Ma, usando la stessa quantità di rame dell’esempio precedente per le linee, si dimezza R e le perdite scendono al 25% del sistema monofase Quindi il sistema trifase a parità di corrente riduce le perdite del 75% G G G R R R I
  49. 49. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 VANTAGGI DEL SISTEMA TRIFASE 49 Un altro vantaggio: campo magnetico rotante. Ottimale per i motori
  50. 50. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 • La maggior parte dei rifasatori è trifase perché i carichi e i consumi più alti sono prevalentemente trifase. • Inoltre quasi tutti i carichi da rifasare sono parzialmente induttivi (motori) quindi il rifasatore è formato molto spesso da condensatori (più raramente da induttori) 50 Rifasamento
  51. 51. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Rifasamento automatico • Il rifasatore ha un controller che inserisce o disinserisce i condensatori per tendere ad ottenere un cos𝜙 il più possibile alto (vicino a 1). Un valore di 0,95 induttivo è considerato buono. • Sono vietati carichi capacitivi cioè con corrente in anticipo. • Un controller “a 5 gradini” inserisce o disinserisce fino a 5 banchi di condensatori 51
  52. 52. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Rifasamento dei carichi trifase L’unica differenza tra rifasatore mono e trifase è che nel trifase i condensatori sono a gruppi di 3 collegati in parallelo al carico (di solito a triangolo). 52
  53. 53. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 • I condensatori vengono inseriti o esclusi mediante dei contattori • Sono presenti anche delle resistenze o impedenze che limitano la corrente di picco nei condensatori • Tra i guasti più frequenti:
 a) lo sfiammamento dei contatti dei contattori;
 b) l’esplosione dei condensatori. 53 Installazione di un rifasatore automatico
  54. 54. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 • 1) Il rifasatore deve essere installato in parallelo al carico da rifasare. • 2) Il rifasatore usa un TA o CT (Trasformatore Amperometrico o Current Transformer) come sensore di fase della corrente che DEVE essere installato a monte sia del rifasatore che del carico. • 3) Il TA nel caso di sistemi trifase DEVE essere inserito nella fase indicata dal costruttore ad es. L1 54 Installazione di un rifasatore automatico Regole fondamentali
  55. 55. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Esercitazione: • Disegnare lo schema funzionale (non unifilare) di un impianto in cui avete installato un rifasatore automatico mettendo in evidenza il punto in cui è installato il TA e la numerazione delle fasi supponendo che il costruttore del rifasatore abbia indicato L1 come fase per il TA. 55
  56. 56. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Soluzione 56 Italiano 15 FIG.5 – Posizionamento del T.A. MT BT L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L1 L2 L3 L3 S2 S1 L1 L2 L3 T.A. C.T. T.A. C.T. T.A. C.T. T.A. C.T. a b c d REACTIVE POWER CONTROLLER 5431 2 10 POWER REGO RESET ALARM MAN AUTO DATA CARICHI INTERRUTTORE GENERALE CABINA DI TRASFORMAZIONE INSTALLAZIONE CORRETTA INTERRUTTORE DEDICATO AL GRUPPO DI RIFASAMENTO RIFASAMENTO AUTOMATICO DUCATI ENERGIA INSTALLAZIONE CORRETTA INSTALLAZIONE NON CORRETTA INSTALLAZIONE NON CORRETTA
  57. 57. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Morsettiera del controller a 12 gradini di un rifasatore automatico 57 STE C1 1 MAX.250V 6A RS-485 A G B 3 4 6 7 5 - L3 230V 0 L2L1 POSITION C.T. 400V 9 8 10 12 11 L1 N-L1 CT../5A L2L1 - L1 0 FF1 TYP F-N L K N.O. FF2 MAINS CONNECTION OPERATING L2 L3 N L1 EXT.FAN CONTROL MAX.250V 6A C2 N.C. REMOT MAX.250V 6A 2 REACTIVE POWER CONTROLLER REGO MADE IN ITALY 230V 400V N01 N02 NC1 NC2 • Il controller può essere alimentato a 400V o a 230V (se è presente il N). • Il TA o CT deve essere posto a monte di tutto (linea ingresso impianto sotto interr.generale) sulla stessa fase che è indicata nel rifasatore (in questo caso L1)
  58. 58. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Esercitazione 2: • Un cliente, proprietario di un hotel, ha un impianto trifase a 400V 50Hz in cui la potenza attiva massima è 100 kW con minimo cos𝜙=0,77. • Il cliente ha ricevuto una fattura ENEL con penale per basso cos𝜙. Ripresosi dallo shock, vi ha telefonato e vi ha commissionato l’installazione di: un rifasatore. • Voi dovete commissionare e installare un rifasatore automatico capace di effettuare un rifasamento parziale portando il cos𝜙 da 0,77 almeno a 0,95. 58
  59. 59. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Esercitazione 2: Traccia • Per acquistare un rifasatore bisogna dimensionarlo cioè calcolare la potenza reattiva massima Qr • Normalmente non si fa un rifasamento totale a cos𝜙=1 ma parziale a cos𝜙=0,95 (è più economico e non rischi di rendere il carico capacitivo) • La formula per calcolare la potenza reattiva necessaria ad effettuare un rifasamento parziale dal valore iniziale cos(𝜙i) a quello finale cos𝜙f è: 59 Qr = P * [ tang(𝜙f) - tang(𝜙i)] • ove P è la potenza attiva del carico, Qr è la potenza reattiva da aggiungere al carico cioè quella del rifasatore • L’angolo 𝜙 si ricava (tranne il segno) dal cos𝜙 usando la funzione arcocoseno: 𝜙=arccos [cos(𝜙)] [kVAr]
  60. 60. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Appendice: Dimostrazione 60 Qr = P * [ tan(𝜙f) - tan(𝜙i)] P=√3∙V∙I∙cos(𝜙i) Q=√3∙V∙I∙sin(𝜙i) } Q=P tan(𝜙i) Q=P tan(𝜙i) Q+Qr=P tan(𝜙f) Qr=P [tan(𝜙f)-tan(𝜙i)]𝜙f 𝜙i potenza reattiva del rifasatore [kVAr] viene positiva perché tan(𝜙i) è negativa più grande
  61. 61. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione Impianti / Elettrotecnica - Ing. Pasquale Alba 2016 Appendice: Calcolo condensatori 61 Qr = V2/Zc = V2 𝝎C Zc = 1/𝝎C 𝝎=2πƒ=314 C = Qr / (𝝎V2) Questa è la capacità totale del rifasatore Se la calcolo con Vconcatenata (=400V) è da collegare a triangolo Se la calcolo con Vstellata (=230V) è da collegare a stella La C totale è poi da suddividere per 3 (per ogni fase se a stella, o per ogni coppia di fasi se a triangolo) {ove
  62. 62. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba Credits Riconoscimenti Si ringraziano per immagini e informazioni tecniche: • Ducati Energia • Comar • IME • Lovato • tutti coloro che hanno reso disponibili su Internet immagini e informazioni qui riportate 62 La presente dispensa a scopo didattico contiene sia contenuto originale dell’autore che contenuti reperiti su Internet. Tutti diritti sui contenuti reperiti, appartengono, ove coperti da copyright, ai rispettivi proprietari. Ove si ritenga esistano violazioni di copyright, imprecisioni o errori si prega di segnalarli a: ing.pasqualealba@gmail.com . Questo materiale può essere diffuso citando la fonte. In caso si voglia stampare si consiglia di usare un layout con 4 diapositive per ogni pagina. Le informazioni qui contenute sono ritenute accurate e hanno scopo di studio senza fini di lucro, tuttavia l’autore non esclude che siano presenti errori o imprecisioni e declina ogni responsabilità diretta o indiretta per danni a persone o cose derivanti da un eventuale loro uso a scopo professionale; chi ne fa uso se ne assume pienamente la responsabilità.

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