Impianti di rifasamento
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1.2.2 Formule di calcolo e scelta dei condensatori
Oltre ai carichi induttivi di cui sopra esiste un'altra categoria di carichi cosiddetti capacitivi (condensatori e compensatori sincroni). Anche questi carichi assorbono energia reattiva ma, in questo caso, la corrente assorbita risulta sfasata in anticipo rispetto alla tensione.
Fig. 1.2.3 - Diagramma vettoriale della corrente in un circuito capacitivo
Per questi carichi l'espressione della potenza reattiva capacitiva è simile a quella relativa alla potenza reattiva induttiva con la differenza che, poiché la correte ha segno opposto, la potenza è negativa. L'inserimento di un condensatore determina la riduzione della componente reattiva della corrente e la conseguente diminuzione della corrente complessiva assorbita dal circuito. A tutto questo fa seguito una diminuzione complessiva della potenza reattiva necessaria e un miglioramento del fattore di potenza.
Fig. 1.2.4 - Diagramma vettoriale delle correnti in un circuito induttivo - capacitivo
E' possibile sfruttare il fenomeno appena descritto introducendo di proposito nell'impianto dei carichi capacitivi operando quell'operazione che prende appunto il nome di rifasamento. Si pone a questo punto il problema di calcolare la potenza reattiva capacitiva necessaria per riportare il fattore di potenza a valori accettabili. Indicando con:
P la potenza attiva dell'impianto da rifasare ;
l'angolo di sfasamento iniziale ;
l'angolo di sfasamento a cui si vuole portare l'impianto dopo il rifasamento
Principali tipi costruttivi di condensatori
I condensatori che oggi vengono comunemente impiegati sono del tipo a film sintetico metallizzato. Una pellicola di polipropilene viene ricoperta, per mezzo di un processo di vaporizzazione, da un sottilissimo strato metallico di alluminio o di zinco (fig. 1.2.5).
Fig. 1.2.5 - Esempio costruttivo di condensatore
Avvolgendo due film metallizzati uno di fianco l'altro si ottiene un cilindro molto compatto che viene essiccato e impregnato per impedire al dielettrico di imprigionare bolle d'aria che potrebbero costituire un punto debole soggetto a scarica. Dai cilindri vengono fatte sporgere due alette metalliche collegate ai terminali (condensatore ad un elemento) che possono essere collegate in serie o in parallelo con altri elementi a formare una batteria di condensatori. I film possono essere di tipo ordinario oppure autorigenerabili che reintegrano per effetto del calore la parte danneggiata da una scarica. Il tipo autorigenerabile consente, a parità di prestazioni, minori dimensioni. Esistono condensatori a bassa tensione (230/400V) e a media tensione che vengono impiegati solitamente per rifasare i trasformatori di cabina. I tipi a bassa tensione esistono di diversa taglia di potenza, da qualche watt, per il rifasamento delle lampade, a potenze più elevate (qualche centinaio di kW) per il rifasamento dei trasformatori in cabina MT/BT. I condensatori possono essere collegati in serie per aumentare la tensione nominale della batteria oppure in parallelo per aumentare la capacità complessiva e di conseguenza la potenza reattiva.
Fig. 1.2.6 - Struttura di una batteria di condensatori
1 - Morsetti di connessione elettrica
2 - Resistenza di scarica
3- Bobine a pellicola metallizzata autorigeneranti
4 - Contenitore per bobine in materiale plastico
5 - Materiale inerte atossico per l'assorbimento dell'energia nei fenomeni di guasto
6 - Foro ingresso cavi
7 - Morsetto di terra
8 - Contenitore in pvc o metallo
9 - Dissipatore termico in alluminio
10 -Squadretta di fissaggio al basamento
Scelta della potenza di una batteria di condensatori
La potenza reattiva capacitiva necessaria per ridurre la potenza reattiva dal valore Q0 al valore Q1 vale :
Fig. 1.2.7 - Diagramma delle potenze in un circuito induttivo - capacitivo
Essendo la potenza reattiva assorbita in assenza di rifasamento
e la potenza reattiva a rifasamento inserito
la potenza reattiva capacitiva dovrà essere:
Tale relazione permette in generale, nota la potenza attiva richiesta dai carichi ed il relativo fattore di potenza, di ottenere direttamente il valore della potenza capacitiva della batteria di condensatori, per ottenere un determinato fattore di potenza 
. In pratica l'applicazione delle succitate formule non è sempre agevole in quanto può a volte essere difficile stabilire il valore della potenza attiva P e del 
se questi sono variabili nel tempo. Sarebbe necessario conoscere il diagramma di carico dell'impianto da rifasare, ovvero le curve della potenza o dell'energia attiva e reattiva in funzione del tempo. Nella tabella 1.4.2 sono raccolti i coefficienti “C”=(
) per cui moltiplicare la potenza media di un impianto per avere i kvar necessari ad elevare il fattore di potenza ai valori richiesti. Alcuni esempi successivi aiuteranno a chiarire l'argomento.
Tensione nominale delle batterie e potenza reattiva erogata
A seconda della tensione di alimentazione una batteria di condensatori, a parità di capacità, eroga un diverso valore di energia reattiva . In corrispondenza di un determinato valore di tensione nominale Unc, la batteria di condensatori eroga una potenza nominale Qnc. Quando la tensione di alimentazione Un è inferiore a quella nominale l'erogazione è inferiore secondo la relazione:
Per ottenere una potenza rifasante Qc ad una particolare tensione Un è perciò necessario prevedere una batteria avente potenza nominale:
Unc = tensione nominale della batteria di condensatori
Un = tensione nominale di alimentazione
Continua...
