Per risparmio energetico s’intende, nell’accezione comune, diminuire l’uso dell’energia, il che porta con sé un concetto di limitazione. In realtà l’obiettivo ultimo è la riduzione dei consumi e degli sprechi a fronte del mantenimento degli stessi livelli di impiego, attraverso l’aumento dell’efficienza e della funzionalità.
di Mario La Rosa
Tutto questo, sul piano operativo, si traduce in un accurato dimensionamento dell’impianto elettrico in fase di progettazione e collaudo che, soprattutto in ambito industriale, comporta proficui vantaggi in termini di risparmio energetico, sicurezza, nonché di prevenzione guasti.
Il problema
Il continuo sviluppo tecnologico delle apparecchiature, dettato da esigenze di mercato volte a sostenere processi produttivi sempre più automatizzati, veloci e dinamici, sta rendendo estremamente cruciale il problema, fino a ora sottovalutato, relativo alla qualità dell’alimentazione noto come Power Quality.
Esempi pratici rappresentativi del problema possono essere, per esempio, riconducibili alle apparecchiature controllate elettronicamente che rappresentano una realtà non trascurabile nella tecnica moderna. Dotate di alimentatori di tipo switching, si comportano, infatti, come carichi non lineari in quanto, parzializzando la corrente, ne distorcono la forma sinusoidale ed introducono delle armoniche nella rete di alimentazione. A questo, si aggiunge spesso il problema della bassa disponibilità di potenza di picco che, per esempio, si viene ad avere quando l’impianto è attestato a una sorgente di dimensioni relativamente ridotte, come quella di un gruppo elettrogeno o una sorgente rinnovabile di un piccolo trasformatore d’isolamento collegato alla rete di distribuzione elettrica pubblica .
Tanto per dare un’idea della criticità del problema si riporta, a titolo di esempio, nella figura 1 la misura effettuata sull’assorbimento in corrente di un semplice regolatore elettronico per l’intensità luminosa (dimmer). In particolare, nella figura 2, viene rappresentata la corrispondente distorsione armonica in termini di THD% (valore percentuale delle armoniche riferito alla corrente fondamentale a frequenza di rete).
Se si pensa, quindi, che la maggior parte delle attuali utenze di rete quali:
convertitori per motori;
raddrizzatori;
computer;
UPS
sono dei carichi non lineari, è evidente la conseguente gravità del problema della Power Quality che, a livello pratico si traduce nelle seguenti criticità impiantistiche:
malfunzionamento dei dispositivi di protezione;
instabilità del controllo dei dispositivi dell’impianto di potenza;
problemi di surriscaldamento su tutti i componenti installati;
problemi meccanici;
fattore di potenza di basso valore (tipicamente intorno a 0.7);
alte correnti nei conduttori di neutro dovuti allo sbilanciamento ed alla composizione delle armoniche del terzo ordine;
basso MTBF dell’impianto;
bassa efficienza.
A questo si aggiunge il problema legato al fatto che allo sviluppo tecnologico non corrisponde un adeguato sviluppo normativo. A oggi, infatti, non esiste un vincolo nelle norme di prodotto e di impianto, che limiti la corrente armonica totale a bassa frequenza iniettata nel PCC (Point of Common Coupling).
In questo contesto, generalmente, l’approccio usuale del progettista elettrico, per limitare gli effetti delle correnti armoniche iniettate, è quello di ricorrere all’impiego di filtri LC passivi tradizionali, trasformatori speciali o tecniche attive. Tutte soluzioni che, per quanto efficaci, possono risultare inadeguate in particolari condizioni operative di carico non previste o che evolvono nel tempo (la vita media utile di un impianto infrastrutturale, è di diversi ordini di grandezza maggiore di quella delle apparecchiature di carico).
Questo aspetto, in particolare la mancanza di tecniche adeguate atte a permettere una corretta valutazione del comportamento e dei margini del sistema di alimentazione, ha originato soluzioni tecnologiche volte a :
verificare preliminarmente l’adattabilità di un carico a una data sezione di impianto con un test del tipo “passa o non passa”;
valutare le proprietà della rete di distribuzione elettrica esistente, a cui si vuole allacciare un carico di assorbimento elettrico previsto, in modo da assicurarne le prestazioni in condizioni sia ordinarie che di anomalia.
Conseguentemente, ciò permette di progettare le modifiche e integrazioni necessarie per interfacciare una rete assegnata a un carico esistente.
Sistema di carico non lineare
Il sistema è nato con lo scopo di permettere la caratterizzazione e il collaudo dei componenti di impianto, sia a scopo di progetto che di verifica di conformità a quest’ultimo. In particolare, la disponibilità di un siffatto carico, in grado di riprodurre gli effetti dell’apparecchiatura che si vuole effettivamente installare, oltre a evitarne rischi di danneggiamento rappresenta un utile mezzo per consentirne il dimensionamento ottimale per la specifica applicazione.
La corrente effettivamente assorbita dal dispositivo da installare può essere valutata nella sua struttura armonica, sia per rilievo sperimentale su installazioni similari, sia tramite modellazione matematica a partire dalla tipologia del dispositivo e dalla sua potenza assorbita.
Oltre a permettere il test di sistemi particolarmente critici tra cui gruppi elettrogeni, UPS, può trovare ampio impiego anche per altre applicazioni tra cui:
– sistemi di telecomunicazione (per esempio: test di siti per telefonia cellulare);
– sistemi IT (per esempio: sale apparati CED);
– celle di carico (per esempio: batteria trazione elettrica, a combustione…);
– sistemi di automazione industriale (per esempio: isole robotizzate …);
– sistemi di generazione dell’energia (per esempio: piccoli impianti distribuiti…).
Sistema di telegestione degli impianti
Il sistema di telegestione nasce con lo scopo di fornire un servizio avanzato di controllo e gestione di impianti di diversa complessità, attraverso il monitoraggio a distanza su diversi punti di un numero a scelta di parametri. La sua peculiarità consiste nei due seguenti fondamentali aspetti:
i parametri possono appartenere a grandezze fisicamente eterogenee (tensione, corrente, forza, velocità, coppia, temperatura);
i dati rilevati non sono valori istantanei, bensì, corrispondono all’andamento nel tempo delle singole grandezze.
Da qui ne deriva che, oltre a permettere la valutazione delle proprietà della rete di distribuzione in un suo qualsiasi punto, rappresenta un ottimo mezzo predittivo per la manutenzione su guasto o condizione, nonché per l’analisi dei guasti elettrici a scopo di contenzioso.
In particolare, i dati relativi ai parametri di interesse provenienti dai diversi punti di monitoraggio, vengono raccolti e gestiti da appositi strumenti di gestione. Successivamente, una volta elaborati, vengono trasmessi e storicizzati in un apposito data-base da cui possono essere opportunamente resi disponibili tramite rete locale, sistema GPRS, Internet, o altro, secondo le esigenze.
Inoltre il sistema consente di eseguire un monitoraggio completo, mettendo a disposizione dei vari utenti validi strumenti di supporto decisionale. Per ogni valore misurato e calcolato si possono definire dei valori di soglia, oltre i quali il sistema può essere programmato per eseguire determinate azioni, quali spedire messaggi di allarme (via sms, e-mail eccetera), o compiere specifiche operazioni sull’impianto. L’idea è di esemplificare nella realtà un modello di rete cooperativa, dove l’applicazione di un sistema di telemetria diventa strumento per interventi di forte impatto, garantendo non solo l’affidabilità ma anche, grazie all’automazione da remoto, rendendo possibile minimizzare la potenza impegnata dal carico, con conseguente diminuzione di perdite energetiche e costi di esercizio.
Altre applicazioni sono: la diminuzione delle correnti d’impiego nelle linee d’interconnessione, la regolazione del carico elettrico per migliorare il fattore di potenza complessivo, l’azionamento modulare di apparecchiatura di correzione del fattore di potenza e del fattore di cresta, l’integrazione di sorgenti di tipo tradizionale con sistemi rinnovabili (per esempio fotovoltaico o eolico), la manutenzione su condizione, la compensazione armonica o rifasamento su condizione.
