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Unità condensatori che offrono una soluzione per la compensazione dei carichi induttivi

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Unità condensatori

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Un gruppo condensatori è un componente dei sistemi di alimentazione utilizzato per fornire potenza reattiva (kvar), migliorare il fattore di potenza, regolare la tensione e aumentare l’efficienza e la stabilità delle reti elettriche. Solitamente, più gruppi condensatori vengono collegati tra loro per formare un banco di condensatori installato in sottostazioni, reti di distribuzione, impianti industriali e sistemi di energia rinnovabile.

Le unità condensatrici trovano comunemente applicazione nei sistemi di alimentazione a media e alta tensione per compensare i carichi induttivi quali motori, trasformatori, forni e apparecchiature industriali.

Funzioni principali
Le unità condensatrici garantiscono:
·Compensazione della potenza reattiva
·Miglioramento del fattore di potenza
·Supporto della tensione
·Riduzione delle perdite di trasmissione
·Aumento della capacità del sistema
·Miglioramento della qualità dell’energia
·Riduzione dei costi legati alla domanda nei sistemi industriali

Principio di funzionamento
I carichi elettrici, quali motori e trasformatori, consumano sia:
·Potenza attiva (kW) – svolge lavoro utile
·Potenza reattiva (kvar) – mantiene i campi magnetici
·I condensatori forniscono potenza reattiva in anticipo per compensare la potenza reattiva induttiva.

Componenti principali di un’unità condensatrice
1.) Elemento condensatore
Il componente di base per l’accumulo di energia è costituito da:
·Elettrodi in lamina di alluminio
·Dielettrico in pellicola di polipropilene
·Olio isolante o materiale dielettrico secco
·Resistenze di scarica interne
2.) Involucro del condensatore
Fornisce:
·Protezione meccanica
·Isolamento elettrico
·Tenuta contro gli agenti atmosferici
Materiali comuni:
·Acciaio inossidabile
·Lega di alluminio
3.) Fusibile interno (opzionale)
Funzioni:
·Protegge i singoli elementi condensatori
·Isola gli elementi guasti
·Migliora l’affidabilità del sistema
4.) Resistenza di scarica
Scopo:
·Riduce la tensione residua dopo la disconnessione
·Garantisce la sicurezza delle operazioni di manutenzione
5.) Passanti e terminali
Forniscono:
·Collegamento elettrico
·Isolamento tra conduttore e involucro

Tipi di banchi di condensatori a media tensione
Tensione tipica:
·3,3 kV
·6,6 kV
·10 kV
·12 kV
·24 kV
·35 kV

Applicazioni:
·Sottostazioni di distribuzione
·Impianti industriali
·Sistemi di energia rinnovabile

Configurazioni dei banchi di condensatori
1.) Banco di condensatori in derivazione
Il tipo più comune.
Funzione:
·Collegato in parallelo con il sistema
·Fornisce la compensazione della potenza reattiva
Applicazioni:
·Sottostazioni
·Reti industriali
2.) Banco di condensatori in serie
Funzione:
·Collegato in serie alle linee di trasmissione
·Riduce l’impedenza di linea
·Migliora la capacità di trasferimento di potenza
Applicazioni:
·Linee di trasmissione lunghe
·Reti ad alta tensione
3.) Banco di condensatori a commutazione automatica
Caratteristiche:
·Regolazione automatica dei kvar
·Commutazione basata su controller
·Mantiene il fattore di potenza desiderato
Applicazioni:
·Carichi industriali variabili

Esempio di valori nominali delle unità di condensatori
·BT 400 V: 5–50 kvar
·MT 6,6 kV: 100–600 kvar
·MT 10 kV: 100–1000 kvar
·35 kV: 200–1500 kvar
·AT 110 kV+: Diversi Mvar per banco

Metodi di protezione
I banchi di condensatori includono tipicamente:
·Protezione da sovracorrente
Protegge da:
·Cortocircuiti
·Guasti interni
·Protezione da squilibrio
Rileva:
·Elementi del condensatore guasti
·Distribuzione di tensione non uniforme
·Protezione da sovratensione
Protegge da:
·Aumento della tensione di rete
·Transitori di commutazione
·Protezione contro le sovratensioni
Utilizza:
·Scaricatori di sovratensione a ossido metallico (MOA)
·Protezione contro le scariche
·Garantisce condizioni di manutenzione sicure.

Vantaggi
·Miglioramento del fattore di potenza
·Riduzione del consumo di potenza reattiva
·Miglioramento dell’efficienza elettrica
·Miglioramento della tensione
·Supporto dei livelli di tensione
·Riduce la caduta di tensione
·Perdite ridotte
·Riduce il flusso di corrente
·Riduce le perdite nei cavi e nei trasformatori
·Maggiore capacità del sistema
·Libera capacità di rete
·Consente carichi aggiuntivi
·Vantaggi economici
·Riduce le penali sull’energia elettrica
·Migliora l’efficienza operativa

Applicazioni tipiche
Sistemi di distribuzione
·Sottostazioni di trasmissione
·Sottostazioni di distribuzione
·Regolazione della tensione di rete
Impianti industriali
·Acciaierie
·Cementifici
·Attività minerarie
·Impianti chimici
·Stabilimenti di produzione
Energia rinnovabile
·Impianti solari fotovoltaici
·Parchi eolici
·Sistemi di accumulo di energia a batteria
Edifici commerciali
·Centri commerciali
·Data center
·Grandi complessi di uffici

Norme applicabili
·IEC 60871 – Condensatori in derivazione per sistemi di alimentazione in corrente alternata superiori a 1 kV
·IEC 60143 – Condensatori in serie per sistemi di alimentazione
·IEEE Std 18 – Norma per condensatori di potenza in derivazione
·IEC 60099 – Scaricatori di sovratensione
·IEC 62271 – Apparecchiature di commutazione e controllo ad alta tensione

Un'unità condensatrice è un componente fondamentale per i moderni sistemi di alimentazione, in quanto garantisce la compensazione della potenza reattiva, la stabilizzazione della tensione e una maggiore efficienza energetica. Combinando più unità in banchi di condensatori, le aziende di servizi pubblici e le industrie possono migliorare le prestazioni della rete, ridurre le perdite e aumentare l'affidabilità delle reti elettriche.