armoniche o qualità scadente?

[Vera]

Una fabbrica è alimentata a mezzo di propria cabina di trasformazione da n. 4 trasformatori MT/bt in parallelo che alimentano diversi reparti con caratteristiche più o meno simili (in termini di carichi lineari e non).
A valle di ciascun trasformatore ci sono delle batterie di condensatori rifasatori ma da oramai 10 anni a questa parte si presentano regolarmente dei problemi su un trasformatore in particolare: l'ultima batteria si è incendiata dopo appena un anno.
Anni fa furono fatti dei rilievi dall'Enel per misurare la distorsione armonica sulla rete ed è risultato un THD di tensione totale pari a 2,5 %; tale valore si è ripresentato a seguito di misurazioni da me effettuate a valle (dopo l'interruttore generale) di una delle partenze alimentate dal trasformatore (ma non immediatamente a valle del TRAFO) in esame. In questa sede è stato misurato anche un THD di corrente pari al 25% circa. A detta del personale tecnico interno della fabbrica questo vuol dire che non ci sono problemi di armoniche, poiché un THD così basso di tensione non dovrebbe causare danni ai condensatori, posti in parallelo al TRAFO e in ogni caso, essendo trascurabile (?) l'impedenza di rete e quella del TRAFO, i condensatori dovrebbero essere sempre sottoposti alla tensione perfettamente sinusoidale del TRAFO.Inoltre le batterie di condensatori sotto gli altri TRAFO non hanno mai avuto problemi. Quindi il personale tecnico interno è del parere che le batterie montate in questi anni sotto il TRAFO in questione sono di qualità scadente.
Ora mi chiedo: è giusto trascurare l'impedenza di rete (l'assorbimento di corrente delle utenze alimentate dal TRAFO in questione è di circa 2500 A)?
E' giusto inoltre dire che un THD di 2,5 % non danneggia i condensatori?
In che modo le armoniche di corrente vanno ad aumentare la tensione sui condensatori rifasatori?
Le sole armoniche di corrente possono daneggiare dei condensatori e farli bruciare? grazie a tutti

[admin]

I valori di THD sono nei limiti. Ma spesso non è sufficiente la conoscenza della distorsione armonica totale. Occorre conoscere con precisione lo spettro armonico. Nel caso dei condensatori di rifasamento si può innescare una risonanza tra la loro capacità e l'induttanza della rete. Questo si verifica ad una determinata frequenza e se questa frequenza è presente nella tensione, anche un valore percentualmente non elevato, potrebbe dar luogo a correnti molto elevate nei condensatori in grado di danneggiarli. Per ridurre al minimo questo pericolo è bene in genere sovradimensionarli.
Per valutare l'ordine di armonica a cui si può avere risonanza generalmente si fa questo semplice calcolo:
n=radQ(Scc/Qc)
dove n è l'ordine dell'armonica di risonanza, Qc (kvar) la capacità della batteria di condensatori, Scc (kVA) la potenza di cortocircuito della rete nel punto di inserzione dei condensatori.
Se nello spettro armonico della tensione è presente un'armonica di ordine vicino a quello calcolato il pericolo di risonanza va preso in considerazione.

[mario_maggi]

Vera,

In questa sede è stato misurato anche un THD di corrente pari al 25% circa.

Con questo valore di armoniche di corrente molti condensatori di buona qualita' possono anche guastarsi. In queste condizioni raccomando vivamente di usare batterie di rifasamento con integrate le induttanze.

La soluzione migliore sarebbe quella di usare un filtro per armoniche per abbattere le armoniche di corrente. Esistono filtri passivi non-tuned che abbattono le armoniche di corrente totali al di sotto del 5%
L'abbattimento delle armoniche - che sprecano energia scaldando inutilmente i cavi ed il resto dei componenti interessati - permette anche un certo risparmio energetico.

Ciao
Mario

[Vera]

Ringraziandovi per l'attenzione prestata al quesito, vorrei riportare il discorso sull'impedenza di rete attraversata dalla corrente distorta e chiedervi se secondo voi è possibile che nelle condizioni decritte possa essere causa della produzione di una possibile sovratensione ai capi dei condenstaori.

[admin]

In presenza di armoniche di corrente dovute a carichi non lineari, l'impedenza di cortocircuito della rete determina una deformazione della tensione tanto più elevata quanto più l'impedenza è elevata.
Inoltre influisce sul valore dell'ordine di armonica che determina risonanza con la capacità dei condensatori di rifasamento, come risulta dalla formula che ho riportato nel precedente post. Quanto più alta è l'impedenza di cortocircuito, tanto più bassa è la potenza di cortocircuito Scc, quindi tanto più basso è l'ordine di armonica che determina risonanza.
La condizione di risonanza corrisponde ad un valore basso di impedenza per quella frequenza, quindi un valore corrispondente di corrente tanto più elevato quanto maggiore è l'armonica di tensione che ha quella frequenza.

[Vera]

torno a chiedervi delle delucidazioni:

1) nel calcolo dell'impedenza di cortocircuito della rete di cui sopra, bisogna tener conto del solo trafo+linea a monte?(in questo caso non sarà sempre molto bassa?!) oppure anche delle linee e dei carichi in parallelo alla batteria di condensatori?

2) che valenza hanno le norme IEEE 519:1992? nel senso: è presente una tabella dove si riportano i limiti per le armoniche di corrente in termini di SCR nel point of common coupling, inteso come punto d'unione tra l'utente distorcente e gli altri. E' lecito estendere tali limiti ad una rete industriale ove per utente distorcente si intende una partenza e per altri utenti le altre partenze dallo stesso trafo? perché nel caso propostovi ho riscontrato, per le armoniche inferiori alla 11, dei valori troppo alti rispetto a quelli in tabella (ovvero in percentuale rispetto alla corrente del carico).

un saluto a tutti

[admin]

1)
L'impedenza è quella del generatore complessivo che alimenta il punto di installazione dei condensatori. I carichi passivi in parallelo non danno alcun contributo alla corrente di cortocircuito mentre un contributo lo danno i motori e gli eventuali gruppi elettrogeni.
Per i motori in bassa tensione generalmente si assume un valore di 4 volte la loro corrente nominale.
Quindi esisterà una potenza di cortocircuito minima (solo trasformatore) ed una massima (trasformatore + contributo motori + eventuale gruppo elettrogeno). Esisterà dunque un'impedenza massima, nel primo caso, ed una minima nel secondo.
L'impedenza trasformatore più linea è perciò quella massima, non può certo aumentare considerando le linee in parallelo.
2)
Non mi risulta che ci siano per la rete interna imposizioni di seguire le IEE citate, ma non vedo nemmeno il motivo per non attenervisi per scelta. Sono indicazioni mirate a diminuire i problemi che nascono con le armoniche, quindi è più che sensato seguirle.
Il fatto che l'undicesima armonica sia elevata è un sintomo pericoloso. Ad esempio con un trasformatore da 1600 kVA con potenza di cortocircuito di 20,8 MVA che alimenta un banco di condensatori da 200 kVA l'armonica per la quale si può temere la risonanza è proprio l'undicesima.

[Vera]

Salve a tutti.
Vorrei sottoporvi ancora il caso di cui sopra, alla luce di nuovi rilievi eseguiti su un gruppo di rifasamento installato su un impianto gemello a quello descritto.

THD totale di corrente = 45%
THD totale di tensione = 5 %
Imedia massima fondamentale = 163A
Imedia massima 5 armonica = 33A
Imedia massima 7 armonica = 21A
Vmedia massima fondamentale = 223,9V
Vmedia massima 5 armonica = 10V
Vmedia massima 7 armonica = 4,25V

ordine armonica di risonanza (essendo Pcc=34 MVA e la batteria di condensatori pari a 600 kVA)= 7 armonica (radice quadra del rapporto tra la Pcc e la potenza reattiva capacitiva)

Per il calcolo dell'SCR (=Icc/Il) ho considerato la corrente media alla fondamentale ovvero 163A; dunque SCR=300 e in corrispondenza di tale valore è ammessa al massimo una percentuale pari a 12% della corrente di carico (ancora 163A?); dunque al massimo correnti armoniche, al di sotto della 11esima, di 19 A, e nel caso in esame siamo al di sopra!.
Il mio quesito è: i livelli di armoniche di tensione rilevate possono influenzare la buona tenuta dei condensatori? e quelli di corrente? ma si deve ragionare in temrini di picchi di tensione, di corrente o in termini di qualità della forma d'onda di tensione? nell'ultimo caso perché la qualità della forma d'onda dannegia il gruppo di condensatori (fisicamente)?
In caso fosse utile, l'impedenza del trafo è 0,008 ohm.

spero di non avervi annoiato troppo
un saluto a tutti,
vera.

[mario_maggi]

Vera,

Il mio quesito è: i livelli di armoniche di tensione rilevate possono influenzare la buona tenuta dei condensatori? e quelli di corrente?

Si, le armoniche di tensione sono troppo alte. Ti servono dei buoni filtri per armoniche, con potenze cosy' rilebati ti suggerei dei filtri passivi non-tuned, previo approfondimento.
Le armoniche di corrente disturbano non tanto per il loro THD, ma per la presenza di armoniche di ordine elevato.

ma si deve ragionare in temrini di picchi di tensione, di corrente o in termini di qualità della forma d'onda di tensione? nell'ultimo caso perché la qualità della forma d'onda dannegia il gruppo di condensatori (fisicamente)?

parlando solo degli effetti sui condensatori, e' chiaro che una forma d'onda per esempio a semicirconferenza non e' ottimale ma non crea nemmeno grossi danni. I picchi di tensione (a crescita lenta) fanno male ai condensatori, solo se i picchi superano la tensione ammessa. Un'onda quadra fa molto male, come pure un'onda che contiene parti ad elevato dV/dt.
Quando si fornisce un fronte di tensione molto ripido ad un condensatore progettato per onde di tensione sinusoidali, l'induttanza intrinseca del condensatore fa si' che si creino dei punti piu' stressati in tensione, e quindi piu' soggetti a guastarsi. In pratica durante il fronte di salita della tensione, le cariche non sono ancora disposte in modo omogeneo.

Ciao
Mario