IL CONTROLLO DELLA TENSIONE E DELLA GENERAZIONE DI POTENZA REATTIVA

OBIETTIVO V E P, Q monofase equivalente di sequenza diretta mantenere la tensione V sull’utenza costante in modulo al variare della potenza assorbita dalla stessa e al variare delle condizioni di equilibrio della restante parte della rete.

E = V + RI +jXI EQUILIBRIO ELETTRICO I V RI jXI E q j R X I P, Q E V Ipotesi: sistema lineare, quindi modellazione della rete alimentante l’utenza con l’equivalente di Thevenin I V RI jXI E q j R X I P, Q E V E = V + RI +jXI

DV = |E| - |V| I V RI jXI E q j DV DV’ DV @ DV’= RI cosj + XI senj Se q piccolo, allora Questa ipotesi è normalmente verificata perché si esercisce il sistema in modo che a regime gli angoli tra le tensioni siano piccoli, così da assicurare la stabilità del sistema anche a seguito di perturbazioni. Quindi è possibile stimare il modulo di V: |V| @ |E| -(RI cosj + XI senj)

EQUAZIONE DELLA TENSIONE IN p.u. Basi : potenza nominale dell’utenza, tensione nominale. L’equazione per la stima del modulo di V diventa nell’ipotesi che V@ Vn: v @ e – (rp + xq) Le variazioni di tensione in p.u. sono, quindi, stimate da: Dv @ De – D( rp + xq)

MEZZI DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE Riduzione delle reattanze della rete. Riduzione della potenza reattiva transitante nei componenti il sistema elettrico.

RIDUZIONE DELLE REATTANZE DELLA RETE Rinforzo della rete mediante l’aggiunta di ulteriori componenti. Sistemi di regolazione della tensione con l’obiettivo di mantenere costante la tensione in alcuni nodi della rete.

RINFORZO DELLA RETE xt=0.1 p.u. xl=0.3 p.u. xs=1 p.u. xt = 1.4 p.u. (con una sola linea) xt = 1.25 p.u. (con due linee in parallelo)

A SOLUZIONI DI QUESTO TIPO SI OPPONGONO ........ Ragioni sostanzialmente economiche; A meno che il rinforzo del sistema con l’aggiunta di altri componenti non sia giustificato da altri motivi (incremento dell’affidabilità, diminuzione delle perdite ecc.)

SISTEMI DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE Hanno l’obiettivo di mantenere costante la tensione in opportuni nodi della rete, “vicini” elettricamente ai carichi. Sono certamente più economici di soluzioni che prevedono il rinforzo della rete.

REGOLAZIONE DELLA TENSIONE AI MORSETTI DEL GENERATORE ESEMPIO: REGOLAZIONE DELLA TENSIONE AI MORSETTI DEL GENERATORE xt=0.1 p.u. xs=1. p.u. xl=0.3 p.u. V = costante

xl=0.3 p.u. xs=1. p.u. xt=0.1 p.u. in assenza di regolazione: xt = 1.4 p.u. con regolazione della tensione: xt = 0.4 p.u.

3.2 3.1 3 4 4.2 1 1.1 2.1 4.1 2

2 4 3 1 4.2 3.1 1.1 2.1 3.2 4.1

SISTEMA SENZA REGOLAZIONE 2 4 3 1 4.2 3.1 1.1 2.1 3.2 4.1

SISTEMA CON REGOLAZIONE “AI MORSETTI DEI GENERATORI” 2 4 4.2 3 1 3.1 1.1 3.2 2.1 4.1

SISTEMA CON REGOLAZIONE “A VALLE DEI TRASFORMATORI” 2 1 4 3 4.2 3.1 1.1 2.1 3.2 4.1

REGOLAZIONE “COMPENSATA” Nel caso in cui vi siano generatori che alimentano carichi mediante lunghe linee di trasmissione è possibile partire dalla misura di tensione e corrente in partenza alla linea (e quindi in prossimità del generatore) calcolare la tensione ad opportuna distanza ed utilizzare tale valore come “set point” da mantenere costante mediante opportuno sistema di regolazione. In tal caso si riduce ulteriormente l’impedenza equivalente del sistema.

LA REGOLAZIONE DELLA TENSIONE IN UN GENERATORE SINCRONO

SCHEMA GENERALE DELLA REGOLAZIONE Attuat. Rete Vrif - Reg. +

vecc Vmis Vrif reg. attuat. altern + -

IL PROCESSO Può essere schematizzato approssimativamente con un sistema del primo ordine che tiene conto della dinamica del circuito di eccitazione e considerando puramente algebriche le relazioni tra f.e.m. generata e tensione risultante nel nodo di interesse.

L’ATTUATORE Dinamo coassiale regolata mediante l’eccitazione; Sistema “brushless” costituito da una macchina sincrona ad indotto rotante con ponte raddrizzatore a diodi anch’esso rotante; Eccitatrice statica costituita da un ponte raddrizzatore a tiristori.

ALTRI MEZZI PER DIMINUIRE LE REATTANZE DELLA RETE Adozione di capacità connesse in serie (compensazione serie delle linee);

ADOZIONE DELLA COMPENSAZIONE SERIE xt=0.1 p.u. xl=0.3 p.u. xs=1 p.u. xt = 1.4 p.u. (con una sola linea) xt = 1.25 p.u. (con due linee in parallelo)

COMPENSAZIONE SERIE xC xC xL x = xL- 2 xC

OSSERVAZIONE 1 La compensazione serie viene normalmente indicata come percentuale della reattanza induttiva complessiva della linea compensata. Ad esempio una “compensazione serie del 20%” si ottiene ponendo in serie alla linea una o più capacità che hanno una reattanza capacitiva complessiva pari al 20% della reattanza di linea. E’ ovvio che in tal modo la reattanza equivalente viene diminuita del 20%.

OSSERVAZIONE 2 La percentuale di compensazione serie normalmente adottata non supera il 50%. Al crescere della compensazione capacitiva serie si possono verificare fenomeni indesiderati che vanno evitati.

MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA POTENZA REATTIVA TRANSITANTE NEI COMPONENTI IL SISTEMA Banchi di condensatori ad inserzione controllata; Macchine sincrone funzionanti come “compensatori”; Reattori saturabili e capacità; Reattori controllati e capacità (S.V.C.)

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO P, Q-Qc P, Q Qc

MEZZI PER LA RIDUZIONE DELLA POTENZA REATTIVA TRANSITANTE NEI COMPONENTI IL SISTEMA CON POSSIBILITA’ DI REGOLAZIONE CONTINUA Compensatori sincroni; Reattori controllati e capacità.

COMPENSATORI SINCRONI Xs I E + - V

COMPENSATORI SINCRONI (funzionamento in sovraeccitazione) Xs I V + E V - I

COMPENSATORI SINCRONI (funzionamento in sottoeccitazione) Xs I V E + - V E I

I COMPENSATORI SINCRONI NECESSITANO OVVIAMENTE DI UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA EROGATA (O ASSORBITA !) DEL TIPO PRECEDENTEMENTE DESCRITTO.

REATTORI SATURABILI F i

TENSIONE FLUSSO E CORRENTE IN UN REATTORE SATURABILE V q=wt

CARATTERISTICA TENSIONE CORRENTE IN UN REATTORE SATURABILE V I

REATTORI SATURABILI E CAPACITA’ V IL IC I

I SISTEMI A REATTORI SATURABILI E CAPACITA’ SONO “AUTOREGOLANTI” E NON HANNO QUINDI NECESSITA’ DI UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA

REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (S.V.C.) 1 1’

POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI REATTORI CONTROLLATI Q a (rad)

REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (S.V.C.) 1 1’

POTENZA REATTIVA ASSORBITA DAI REATTORI CONTROLLATI E CAPACITA’ IN PARALLELO Q QC a (rad)

I SISTEMI A REATTORI CONTROLLATI A TIRISTORI (SVC) NECESSITANO OVVIAMENTE DI UN SISTEMA DI REGOLAZIONE DELL’ANGOLO DI COMMUTAZIONE “a” E QUINDI DELLA POTENZA REATTIVA EROGATA O ASSORBITA.

I COMPENSATORI STATICI COSTITUISCONO UN SISTEMA TRIFASE USUALMENTE COLLEGATO A TRIANGOLO 1 2 3

TRASFORMATORI A RAPPORTO VARIABILE N1 N2 m = N1 /N2

EFFETTI DELL’UTILIZZO DI UN TRASFORMATORE A RAPPORTO VARIABILE

ESEMPIO DI UTILIZZO DI UN TRASFORMATORE A RAPPORTO VARIABILE P, Q R m:1

COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DI REGOLAZIONE DI TENSIONE A FRONTE DI VARIAZIONI RAPIDE DI PRELIEVO Se la variazione della potenza prelevata dal carico (soprattutto potenza reattiva) è molto rapida (e ciò accade in certi utilizzatori industriali), i regolatori dei dispositivi di compensazione ora descritti non sono in grado di intervenire tempestivamente.