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Individuazione degli sprechi di energia con la gestione della Power Quality

Power Quality, Energy management

Il risparmio energetico e la riduzione al minimo degli sprechi energetici sono alcuni degli aspetti più importanti dell’uso dell’energia. Indipendentemente dal settore in cui lavori, per ricerca del risparmio energetico si intende l'esame dei tassi di consumo di energia e l’elaborazione di un piano di risparmio energetico per la gestione della Power Quality.

Gestione della Power Quality | Fluke

Rilevazione del consumo di energia elettrica

Il primo passo nell’elaborazione di un programma di gestione della Power Quality è la rilevazione del consumo di energia elettrica attuale nell'intero stabilimento. Tramite questa rilevazione iniziale è possibile cercare soluzioni rapide e semplici con cui iniziare, come ad esempio aree che vengono generalmente chiuse nei fine settimana e possono essere disattivate. Tieni traccia delle aree che contribuiscono all’utilizzo di energia al di fuori di grandi asset, come ad esempio il riscaldamento elettrico supplementare, l'illuminazione lasciata accesa e i computer non spenti.

Una volta identificati e implementati questi risultati rapidi, continua con indagini più dettagliate in tutto l'edificio o il comprensorio. Esegui studi dei carichi sugli asset in tutta l'area mediante l'analizzatore di rete trifase Fluke 1777. Queste misurazioni possono evidenziare le aree i cui si potrebbero notare opportunità significative di risparmio energetico tramite la disattivazione di alcuni sistemi di notte in orari di inattività operativa.

Considerazioni avanzate sulla Power Quality

Quando la corrente circola, una parte dell'energia generata viene inevitabilmente dissipata sotto forma di calore.

Il passo successivo nel processo di riduzione del consumo di energia consiste nell’esaminare l’origine dello spreco di energia. Un aspetto su cui concentrarsi è rappresentato dalle perdite nei conduttori. Quando la corrente attraversa i conduttori, una parte dell'energia generata si trasforma in energia dissipata sotto forma di calore. Per capire come risolvere questo problema occorre risalire all’equazione fondamentale I2R che indica la potenza erogata. Ma ciò implica 2 possibili soluzioni: ridurre il flusso di corrente (I) in modo da ridurre i kW oppure diminuire la resistenza (R). Entrambi lasciano un problema irrisolto:

  • Riducendo la corrente (I) il carico non funzionerà correttamente
  • Ridurre la resistenza (R) può essere più costoso perché richiede l'installazione di conduttori in rame o alluminio

Quindi, qual è la soluzione migliore?

Prendi in considerazione le dimensioni del conduttore. Il National Electric Code (NFPA 70 o NEC 100) fornisce numerose indicazioni sulla dimensione di un conduttore, descrivendo la dimensione ideale del conduttore per quasi ogni circostanza. La considerazione principale per le dimensioni dei conduttori è garantire il funzionamento in condizioni di sicurezza dei conduttori con l'isolamento più appropriato, il che può dipendere dalla lunghezza, dall'area della sezione trasversale e dalla corrente nominale prevista richiesta. In tal modo si possono ottenere perdite di energia ridotte al minimo, tipicamente del 2% o meno, e una caduta di tensione accettabile nel conduttore. Un'altra possibilità potrebbe essere l'installazione di carichi con maggiore efficienza. Considera una verifica dell’eventualità che i motori siano sovradimensionati per l'applicazione in questione.

Spreco di energia

Questi codici e linee guida sono ottimi per i nuovi impianti, ma una volta completata l'installazione del cablaggio e dei carichi, non sempre funzionano alla perfezione. Nel corso del tempo l'apparecchiatura può cambiare con aggiunte, messe a punto, spostamenti che, insieme all’età, possono tutti incidere in modo significativo sullo spreco di energia. Le aree chiave in cui possono verificarsi sprechi di energia sono correlate alla Power Quality: regolazione della tensione, armoniche, fattore di potenza e carichi sbilanciati.

Regolazione della tensione

La regolazione della tensione agisce in modo da ridurre il consumo energetico in carichi dipendenti dalla tensione. Lo fa diminuendo o controllando i livelli di tensione entro le specifiche del produttore dell'apparecchiatura in modo da fornire un risparmio energetico. Se su un trasformatore si installano carichi più efficienti, la tensione nel sistema può aumentare o risultare controllata in modo errato.

Per rilevare i problemi di regolazione della tensione, utilizza un analizzatore di rete Fluke 1777 per individuare eventuali tensioni transitorie e squilibri di tensione. Entrambi i problemi possono dare luogo a guasti, fermi macchine non pianificati e costose riparazioni.

Armoniche

Le armoniche distorcono la tensione e la corrente non permettendo di mantenere l'onda sinusoidale ideale per la tensione. Uno degli effetti più riconosciuti delle armoniche negli impianti elettrici è l'eccesso di calore che creano nei conduttori in cui circolano. Ciò provoca il surriscaldamento dei conduttori di fase e neutro, noti come "armoniche triple".

Il calore aggiuntivo causa problemi nei tratti cablati, negli avvolgimenti dei motori e nei trasformatori. Il surriscaldamento può essera causa di danni significativi o veri e propri guasti, che possono entrambi comportare fermi macchine non pianificati e costose riparazioni. Per misurare e diagnosticare le armoniche, utilizza un analizzatore di rete trifase Fluke serie 1770.

Carico sbilanciato

Nel caso dei motori trifase, lo squilibrio degrada le prestazioni dell'unità e ne abbrevia la durata. Lo squilibrio di tensione sui terminali di statore del motore causa uno squilibrio delle correnti di fase che va ben oltre lo squilibrio di tensione. Le correnti sbilanciate, a loro volta, danno luogo a pulsazioni di coppia, aumento delle vibrazioni e delle sollecitazioni meccaniche, aumento delle perdite e surriscaldamento del motore. Ciascuno di questi effetti consuma energia, a quest punto quantificabile in Watt. Per diagnosticare e misurare lo spreco di energia sbilanciata, utilizza un analizzatore di rete trifase Fluke 1777.

Vantaggi degli studi della Power Quality

Una volta che gli studi della Power Quality rivelano le aree di spreco dell'energia, è possibile adottare le misure necessarie per risolvere i problemi:

  1. Predisporre una routine di manutenzione preventiva in modo da continuare a confrontare i dati misurati e individuare i problemi non appena si presentano.
  2. Installare filtri di armonica sui carichi che aumentano la distorsione armonica dell'impianto.
  3. Intervenire sulle fonti di squilibrio, ad esempio predisponendo un programma di riparazione o sostituzione per motori di grandi dimensioni con problemi di squilibrio meccanico.
  4. Mitigare i problemi di carico sbilanciato. In alcuni casi, ciò può implicare la messa a punto dei carichi monofase, in modo tale che siano distribuiti in modo più equo tra le fasi.
  5. Se necessario, sostituire i fusibili bruciati. Anche un fusibile bruciato in un banco di condensatori di correzione del fattore di potenza trifase potrebbe causare il problema; la semplice sostituzione del fusibile può risolvere un grave squilibrio.

Gli studi di Power Quality evidenziano molto di quanto si può fare per risparmiare energia, ridurre le perdite di energia dovute a problemi in tutto l'impianto e ridurre i costi energetici. Il monitoraggio della Power Quality può indicare le cause dei problemi riscontrati e i modi per risolverli.

Oltre al risparmio energetico, si è notato che gli studi di Power Quality apportano anche alcuni ulteriori vantaggi:

  • Individuazione di potenziali punti di vulnerabilità negli asset che possono causare gravi interruzioni
  • Identificazione di guasti delle apparecchiature che possono determinare problemi a cascata
  • Rilevamento di interruttori non installati correttamente soggetti a intervento accidentale