Funzione, principio di funzionamento e calcolo della capacità dei banchi di condensatori

1. Principio Fondamentale di Funzionamento

La maggior parte dei carichi elettrici nei sistemi di alimentazione industriale sono carichi induttivi, come motori asincroni, trasformatori, saldatrici, lampade fluorescenti ed elettromagneti. Elettricamente questi carichi possono essere considerati come una combinazione di resistenza e induttanza collegate in serie. Di conseguenza, la corrente di carico resta indietro rispetto alla tensione, generando una grande quantità di corrente reattiva induttiva e potenza reattiva.

 

La corrente totale in un circuito è composta da due componenti:

Corrente attiva, che è in fase con la tensione e svolge lavori utili come azionare motori e produrre calore;

 

Corrente reattiva, che ritarda la tensione di 90 gradi e viene utilizzato solo per stabilire e mantenere campi elettromagnetici senza produrre lavoro efficace.

Sebbene la corrente reattiva non generi potenza di uscita utile, occupa comunque la capacità del trasformatore e della linea, aumenta le perdite del sistema e riduce la qualità complessiva della potenza. Questa è una delle principali cause di spreco energetico nei sistemi energetici industriali.

 

Al contrario, la corrente di un condensatore precede la tensione di 90 gradi, che è in fase opposta alla corrente reattiva induttiva. Quando i condensatori sono collegati in parallelo con carichi induttivi, la corrente reattiva capacitiva compensa parte o tutta la corrente reattiva induttiva, ottenendo così una compensazione della potenza reattiva. Questo è il principio di funzionamento di base di una batteria di condensatori.

2. Funzioni principali delle banche di condensatori

Banchi di condensatorisono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione dell'energia industriale a bassa-tensione per migliorare il fattore di potenza, ridurre le perdite di potenza reattiva, migliorare la qualità dell'energia e ottenere risparmi energetici.

 

Le loro funzioni principali includono:

• Miglioramento del fattore di potenza

La potenza reattiva capacitiva generata dai condensatori compensa la potenza reattiva induttiva del carico, riducendo la differenza di fase tra tensione e corrente e migliorando efficacemente il fattore di potenza del sistema.

 

• Riduzione delle perdite di linea e prevenzione del sovraccarico

Riducendo la corrente reattiva non necessaria nel sistema, la corrente di linea totale diminuisce di conseguenza, riducendo così le perdite di potenza nei cavi e nei trasformatori e aiuta a prevenire il sovraccarico causato da un'eccessiva potenza reattiva.

 

• Stabilizzazione della tensione di rete

I carichi induttivi pesanti spesso causano cadute e fluttuazioni di tensione, che possono influenzare il normale funzionamento delle apparecchiature elettriche. La compensazione del condensatore aiuta a stabilizzare la tensione del terminale e a migliorare l'affidabilità dell'alimentazione.

 

• Rilascio della capacità del trasformatore

La potenza reattiva occupa parte della capacità nominale del trasformatore, limitandone la capacità di erogare potenza attiva. La compensazione della potenza reattiva libera la capacità del trasformatore e migliora l'efficienza di utilizzo delle apparecchiature.

 

3. Struttura e funzionamento del Gabinetto Caratteristiche

3.1 Componenti principali

Un banco di condensatori standard a bassa-tensione è costituito principalmente da:

• Custodia per armadio
• Sbarre
• Interruttori automatici
• Interruttori di isolamento
• Contattori CA
• Relè termici
• Parafulmini
• Condensatori di compensazione
• Reattori in serie
• Regolatori automatici del fattore di potenza
• Strumenti di misura
• Sistemi di cablaggio primario e secondario
• Morsettiere

 

3.2 Caratteristiche operative

La batteria di condensatori funziona automaticamente in condizioni normali e generalmente non richiede interventi manuali di routine. Si avvia e si arresta insieme al sistema di alimentazione principale.

 

L'intelligente-incorporatocontrolloremonitora continuamente le condizioni di carico e il fattore di potenza del sistema in tempo reale. In base alla richiesta di potenza reattiva, accende o spegne automaticamente i banchi di condensatori per mantenere uno stato di compensazione ottimale e ridurre al minimo le perdite di potenza reattiva.

 

Per la manutenzione ordinaria è necessario effettuare ispezioni periodiche per verificare:

• Perdita o rigonfiamento dell'olio del condensatore
• Rumore anomalo o surriscaldamento
• Collegamenti elettrici allentati
• Cavi vecchi o componenti danneggiati

 

4. Pericoli derivanti da un basso fattore di potenza (potenza reattiva eccessiva)

Se la compensazione della potenza reattiva non è installata in sistemi con grandi carichi induttivi, il fattore di potenza diminuirà in modo significativo, causando i seguenti problemi:

• Una corrente di linea più elevata aumenta le perdite termiche nei cavi e nei trasformatori, con conseguente maggiore consumo di energia e spreco di elettricità;
• Un'eccessiva caduta di tensione provoca una tensione di rete instabile e ridotta, che può compromettere il normale funzionamento delle apparecchiature elettriche;
• La potenza reattiva occupa la capacità del trasformatore e limita la produzione di potenza attiva disponibile, riducendo l'efficienza di utilizzo delle apparecchiature di distribuzione dell'energia.

 

5. Metodo di calcolo della capacità di compensazione richiesta

Metodo di dimensionamento empirico per applicazioni industriali

Nelle applicazioni pratiche di ingegneria, la capacità di compensazione richiesta è generalmente considerata pari a circa un-terzo della capacità nominale del trasformatore (unità: kVAR).

A seconda delle effettive caratteristiche del carico e delle condizioni operative, la capacità di compensazione è generalmente compresa tra il 30% e il 40% della capacità nominale del trasformatore.

 

Esempio

Per un trasformatore di distribuzione da 200 kVA:

Capacità di compensazione consigliata:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

Pertanto, per soddisfare i requisiti di compensazione della potenza reattiva in loco-si consiglia generalmente un banco di condensatori con una capacità compresa tra 60 kVAR e 80 kVAR.