Tuttavia alcuni utilizzatori, come lampade fluorescenti o motori elettrici, devono consumare energia reattiva per funzionare, quindi la soluzione non è eliminare questa energia ma compensarla. Uno mezzi principali per la produzione di potenza reattiva sono: i banchi di condensatori statici.
Grazie alla sua capacità di accumulare e fornire energia, il condensatore viene usato come elemento base per la realizzazione di batterie correttive del fattore di potenza “su tutti i livelli di tensione” e dei dispositivi di regolazione statica della potenza reattiva. Il condensatore è chiamato condensatore statico perché non ha nessuna parte mobile o in movimento. Un condensatore è costituito principalmente da piastre o sottili fogli di metallo conduttivo, separati da un materiale isolante chiamato generalmente dielettrico, di spessore e qualità adeguata per sopportare la tensione a cui il condensatore opererà. I condensatori elettrici possono essere installati in vari punti della rete distribuzione in un impianto e diversi tipi di installazione possono essere distinti per la correzione del fattore di potenza, tra i principali che abbiamo:
Correzione del fattore di potenza: connessione distribuita
La correzione distribuita viene effettuata collegando un banco di condensatori correttamente dimensionato direttamente ai terminali del dispositivo che necessita di potenza reattiva. L’installazione è semplice e poco costosa: il condensatore e il carico possono beneficiare delle stesse protezioni contro le sovracorrenti e sono inseriti o disconnettersi contemporaneamente. Questo tipo di correzione è consigliabile per dispositivi di grandi dimensioni con carico e fattore potenza costante e lunghi tempi di connessione; di solito è utilizzato per motori e lampade fluorescenti.
Connessione di gruppo
Consiste nella correzione locale dei gruppi di carico con caratteristiche di operazione simile installando una batteria di condensatori. Questo metodo è a metà strada tra la soluzione economica e il corretto servizio dell’impianto, poiché i benefici della correzione interessano solo le linee a monte del punto in cui è installata la batteria di condensatori.
Connessione centralizzata
Il comportamento quotidiano dei carichi è di fondamentale importanza per la scelta del tipo più conveniente di correzione. Negli impianti con molti carichi, in cui tutti i suoi elementi funzionano contemporaneamente e / o alcuni sono collegati solo poche ore al giorno, è evidente che la soluzione della correzione distribuita è troppo costosa, lasciando molti dei siti inutilizzati per lunghi periodi di tempo condensatori installati.
Pertanto, l’uso di un singolo sistema di correzione nel punto iniziale dell’impianto consente di ridurre significativamente la somma delle potenze dei condensatori installati. La soluzione centralizzata consente di ottimizzare i costi della batteria di condensatori, ma ha lo svantaggio che le linee di distribuzione installate a valle del dispositivo di correzione devono essere dimensionate tenendo conto della potenza reattiva totale assorbita dai carichi.
Connessione mista
Questa soluzione deriva da un compromesso tra le soluzioni di correzione distribuita e centralizzata, combinando i vantaggi di entrambi. In questo modo, si usa la correzione distribuita per i carichi di maggiore potenza elettrica, e il centralizzato per la parte restante. La correzione mista viene generalmente utilizzata solo in un impianto nel quale si usano apparecchiature più pesanti, quindi queste sono compensate individualmente mentre gli altri dispositivi sono compensati in modo centralizzato.
Connessione automatica
Nella maggior parte delle installazioni non c’è assorbimento costante di potenza reattiva, ad esempio, a causa dei cicli di lavoro in cui vengono utilizzati macchine con differenti proprietà elettriche.
In queste strutture vengono utilizzati sistemi di correzione automatica, che, per mezzi di un sistema di rilevamento di tipo varmetrico e un regolatore di fattore di potenza, consentire l’inserimento o la disconnessione automatica dei diversi condensatori, seguendo quindi le variazioni del potenza reattiva assorbita e mantenimento costante del fattore di potenza del installazione. Un sistema di correzione automatica è composto da:
– sensori che rilevano segnali di corrente e tensione;
– un’unità intelligente che confronta il fattore di potenza misurato con quello desiderato ed esegue l’inserimento o la disconnessione dei banchi di condensatori in base alla potenza reattiva richiesta (regolatore del fattore di potenza);
– un quadro elettrico di alimentazione, che include dispositivi di protezione e manovra;
– batterie di condensatori.
Al fine di fornire una potenza il più vicino possibile a quella richiesta, l’inserimento dei condensatori avviene gradualmente; la precisione il controllo sarà maggiore quanto più passaggi ci sono e più piccolo è la differenza tra loro.
Installazione banchi di condensatori: dimensionamento e precauzioni
Per quanto riguarda il dimensionamento dei banchi di condensatori, cioè, nel determinare la potenza reattiva in KVAr da installare, per correggere il fattore di potenza, non è suscettibile di una soluzione immediata e semplicistica. Da un lato, la potenza reattiva da installare è strettamente correlata al punto di installazione scelto; dall’altra, dipende dal periodo di tempo in cui i condensatori e i carichi che utilizzano energia reattiva rimangono collegati, sebbene da questo periodo dovrebbero essere detratte, le ore in cui la potenza reattiva fornita dai condensatori supera quella richiesta per i carichi, poiché i distributori non “accettano” i KVAR fornite dal consumatore.
Per questi motivi, ogni problema di correzione del fattore di potenza dovrebbe essere considerato come un caso individuale e non ci sono soluzioni valide per ogni situazione. Nella specifica dei condensatori, si dovrebbe prestare particolare attenzione allo spegnimento. Gli standard raccomandano i seguenti punti da seguire per condensatori con tensione maggiore o uguale a 400 V:
- il condensatore deve essere provvisto di mezzi per scaricare la carica accumulata, una volta spento;
- la tensione residua del condensatore deve essere al di sotto di 50 V fino a 1 minuto dopo aver spento l’alimentazione;
- il circuito di scarica deve essere permanentemente connesso ai capi del condensatore o alla batteria di condensatori, oppure può essere dotato di sistemi automatici che connettono i terminali per essere fuori linea.
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Compensazione del fattore di potenza in reti con presenza di armoniche
Le armoniche sono frequenze multiple della frequenza fondamentale (H2 = 100hz, H3 = 150hz, H4 = 200hz, …negli impianti con frequenza f= 50 Hz), in pratica il risultato è una forma d’onda distorta. Questi provengono dalla presenza di carichi non lineari la cui forma d’onda di corrente non segue la forma d’onda sinusoidale della tensione di alimentazione.
Pertanto, la correzione del fattore di potenza in un impianto con presenza di armoniche è più complessa in quanto esse possono interagire con i condensatori causando fenomeni di risonanza. Le armoniche in un impianto elettrico possono causare sovraccarico e possibilità di risonanza nei condensatori, perdite negli avvolgimenti e nel nucleo magnetico dei trasformatori, aumento della temperatura degli avvolgimenti e nel circuito magnetico dei motori, riscaldamento dei conduttori per effetto Joule, caduta di tensione….
In questi casi le batterie del condensatore sono utilizzate con filtri anti-armonici, poiché se usassimo la stessa apparecchiatura senza questo tipo di filtri, ciò causerà un aumento dei tassi di distorsione armonica. In base allo standard EN 50160, in condizioni operative normali, il THD (Total Distortion Rate) della tensione V di alimentazione (comprese le armoniche fino all’ordine di 40, al disopra non vengono prese in considerazione) non deve superare l’8%.
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