Analisi dei flussi di potenza sullo schema elettrico (1^ parte)
Analisi dei flussi di potenza sullo schema elettrico
La realizzazione di un quadro elettrico per distribuzioni di potenza o per impianti di controllo, richiede tipicamente la presenza di unità di alimentazione per i sistemi ausiliari; tali unità potranno essere semplici trasformatori riduttori di tensione nei sistemi con circuiti ausiliari in alternata o vere e proprie unità di alimentazione per sistemi con circuiti ausiliari in continua.
In entrambi i casi sorge la necessità di conoscere la potenza assorbita dai servizi ausiliari per dimensionare correttamente le unità di alimentazione, siano esse semplici trasformatori o convertitori elettronici.
La nuova Serie 2021 dei CAD elettrici iDEA ed Eplus e degli applicativi della linea CADelet e Smart, consente di effettuare la valutazione delle potenze impegnate nei vari punti dell’impianto, attraverso l’analisi dei flussi di potenza sullo schema elettrico.
Il software utilizza un modello a collettori per la gestione del trasferimento di potenza da valle a monte dei componenti e poter quindi ottenere il calcolo delle potenze in ogni punto dello schema.
Potremo quindi conoscere gli assorbimenti nei punti di alimentazione agli ausiliari, sulle dorsali di potenza o sul generale di macchina, necessari al fine del dimensionamento di trasformatori, alimentatori e protezioni.
I CAD elettrici iDEA ed Eplus gli applicativi della linea CADelet e Smart si propongono sempre più come strumenti versatili e indispensabili per una completa progettazione di schemi elettrici per sistemi di automazione o di distribuzione.
Analisi dei flussi di potenza sullo schema elettrico 1^ parte
L’analisi dei flussi di potenza è una funzione dei software CADelet, Smart, iDEA ed Eplus che permette di determinare i valori di potenza e correnti richiesti in determinati punti dello schema elettrico al fine di consentire il corretto dimensionamento di elementi sezionatori e di protezione, gruppi di alimentazione, generatori, trasformatori e convertitori.
L’analisi è volta a ottenere due obiettivi:
• Calcolare la potenza elettrica (attiva e apparente) assorbita dai carichi collegati a un dato componente presente nello schema elettrico; il valore della potenza assorbita deriva dai dati tecnici (tensione nominale, potenza o corrente assorbita e cos φ) dei materiali associati ai simboli nello schema elettrico.
• Calcolare i valori delle correnti conseguenti sulle linee di uscita del componente; questa ulteriore valutazione dipende dalla definizione delle fasi sui terminali dei simboli.
Collettori
L’analisi dei flussi di potenza è basata sull'elaborazione dei collegamenti elettrici dello schema che connettono fra loro i vari simboli.
Ogni singolo simbolo presente nello schema elettrico genera dei punti di connessione chiamati collettori. Ogni collettore è costituito da uno o più pin dello stesso simbolo.
I collettori possono essere di tipo:
• Ingresso: flusso di potenza entrante.
• Uscita: flusso di potenza uscente.
• Non definito: collettore generico per un simbolo privo di collettori di ingresso e uscita definiti.
I collettori sono definibili tramite la funzione Edita connessioni componente (comando EPIN, vedi guida di riferimento di CADelet/Smart/iDEA/Eplus, capitolo “Analisi dello schema”, paragrafo “Edita connessioni componente”).
I collettori di tipo ingresso o uscita sono definiti dall'operatore, mentre il collettore di tipo non definito è generato intrinsecamente dall'analisi quando un simbolo non ha una definizione utente.
La funzione generale è finalizzata a eseguire un calcolo della potenza, come sommatoria delle potenze dei carichi connessi a valle dei collettori di tipo uscita, (nella figura d’esempio marcati come OUT) che sono considerati i punti di analisi dello schema elettrico; questo per conoscere, ai fini del dimensionamento, la potenza richiesta da un interruttore, trasformatore, generatore, ecc.
I collettori di tipo ingresso (nella figura d’esempio marcati come IN) o generici (nella figura d’esempio marcati con cerchio vuoto) sono quegli elementi che possono assorbire potenza. La potenza e le altre caratteristiche elettriche, sono presenti nei dati tecnici dell’articolo materiale associato al simbolo (l’attributo Codice principale del simbolo deve essere valorizzato!).
I dati elettrici associati ai materiali che interagiscono con l’analisi sono:
• Potenza assorbita [kW] (P)
• Tensione nominale [V] (Alternata/Continua) (Vn)
• Tensione secondario [V] (Alternata/Continua) (Vs): se diversa da 0, tale dato è utilizzato come tensione per i collettori di uscita del simbolo ed è necessario per gli elementi di trasformazione (trasformatori, convertitori, …)
• Fattore di potenza (Cos φ) (Induttivo/Capacitivo)
Si può quindi dire, che la potenza a un generico collettore di uscita è data dalla sommatoria degli elementi a esso connessi tramite un collettore d’ingresso o non definito. Il calcolo è vettoriale, perché è possibile definire nei dati tecnici un valore di fattore di potenza diverso da 1, ottenendo quindi un valore di potenza reattiva non nullo.
Il vettore complesso potenza apparente è calcolato come:
Il segno della parte immaginaria deriva dalla impostazione induttivo o capacitivo del carico.
KU è il fattore di utilizzo del carico, ed è il risultato del prodotto dei fattori di utilizzo dei dispositivi che connettono il carico stesso al collettore di uscita del dispositivo in analisi. Tramite il fattore di utilizzo è possibile modulare la potenza di un carico o di un ramo di carichi.
Nel caso di figura, ad esempio, il fattore di utilizzo di L1 nel calcolo della potenza al collettore di uscita di K1 è pari a:
Dati elettrici associati a un articolo
Per assegnare o modificare i dati elettrici di un articolo materiale, aprire la finestra di modifica dell’articolo in Archivio materiali e nella pagina Dati tecnici valorizzare i dati sopra elencati. Le tensioni possono essere contrassegnate dalla spunta nella casella Continua per identificare un dispositivo alimentato in corrente continua, altrimenti è considerata corrente alternata. Il valore Fattore di potenza (Cos φ) può essere contrassegnato dalla spunta nella casella Capacitivo per identificare un carico di tipo capacitivo.
Fattore di utilizzo (KU) di un simbolo
Il dato Fattore di utilizzo (KU) è attribuibile a ogni simbolo presente nello schema elettrico e concorre a limitare la potenza apportata da un carico al suo collettore a monte. Il dato è valorizzato nell'attributo Fattore di utilizzo (COE_UTI) di ogni simbolo. Il valore assegnabile è compreso tra 0 e 1. Il separatore decimale è il carattere punto. Per simboli privi dell’attributo COE_UTI o con valore dello stesso vuoto, il fattore di utilizzo è considerato pari a 1. Per editare gli attributi del simbolo utilizzare i comandi dedicati (comando DDA).
Definizione dei collettori
Il collettore è un gruppo costituito da uno o più pin di uno stesso simbolo, ed è definito al fine di direzionare nello schema elettrico i flussi di potenza che attraversano il simbolo. In altre parole i collettori definiscono il modello di trasmissione della potenza dai pin di ingresso verso i pin di uscita del simbolo. I collettori sono definiti tramite la funzione Edita connessioni componente (comando EPIN) e i dati di definizione, come per gli altri, risiedono nei dati estesi degli attributi del blocco.
Ogni collettore è definito dai seguenti dati.
• Identificativo collettore: è un valore numerico intero comune a tutti i pin dello stesso collettore.
• Tipo: può essere Ingresso o Uscita.
• Alimentato da: valore significativo per i soli collettori di uscita, è valorizzato dall’identificativo di un collettore d’ingresso e serve a definire il flusso di potenza fra i collettori di ingresso e uscita all’interno del simbolo. Se il dato Alimentato da è non definito (come nel caso in figura del collettore 4) il collettore di uscita è da ritenersi isolato e le potenze dei carichi a esso collegati non sono trasferite ai collettori d’ingresso del simbolo.
Nota. Il dato Alimentato da, può assumere il valore Comando ed è significativo solo per i simboli di tipo riferito all’interno di una formazione di simboli (contatti/bobina, operandi/scheda PLC, …). In questo caso particolare la potenza calcolata al collettore di uscita non è trasferita a un collettore d’ingresso dello stesso simbolo ma al primo collettore d’ingresso del simbolo di comando associato. Questa particolare configurazione risulta utile, ad esempio, per computare la potenza assorbita dai carichi di una scheda PLC direttamente al simbolo di comando della scheda stessa.
Attenzione. Nel caso particolare di simboli aventi nel setup di libreria l’opzione Abilita la numerazione progressiva delle fasi connesse ai pin del simbolo attivata (opzione introdotta al fine di abilitare il simbolo per la funzione di analisi dei fili Numerazione progressiva delle fasi nelle varie modalità previste, vedi guida di riferimento di CADelet/Smart/iDEA/Eplus, capitolo “Analisi dello schema”, paragrafo “Numerazione progressiva delle fasi”) l’analisi dei collettori, in assenza di collettori definiti dall'utente, provvede a generare autonomamente un collettore d’ingresso e un collettore di uscita connessi fra loro, rispettando le regole di numerazione fasi previste dal comando di analisi dei fili. In particolare, il collettore d’ingresso raggruppa i pin con indice di tag dispari, il collettore di uscita raggruppa i pin con indice di tag pari. Solo in questo caso particolare, tra i due collettori avviene il trasferimento delle fasi fra i fili in ingresso e quelli in uscita al simbolo (vedi paragrafi successivi).
Un simbolo che non ha collettori definiti dall'utente e non è attivato in libreria simboli per la numerazione fasi, costituisce ai fini dell’analisi delle potenze un unico collettore di tipo generico (il tipo generico non è disponibile all'utente) e funge da nodo d’ingresso per la definizione di un punto di assorbimento della potenza e un nodo di connessione intermedio per i carichi connessi al collettore di uscita a monte.
Come definire i collettori di un simbolo
I collettori sono definiti tramite il comando Edita connessioni componente (comando EPIN). Per definire o modificare un collettore selezionare uno o più pin in lista ed eseguire la funzione Modifica.
Per definire un collettore nella finestra di dialogo valorizzare i seguenti dati.
Collettore: è possibile selezionare dalla lista a discesa il numero identificativo di uno dei collettori già presenti nel simbolo o creare un nuovo collettore tramite il bottone +.
Tipo: selezionare il tipo di collettore, Ingresso o Uscita.
Alimentato da: attivo solo se Tipo assume il valore Uscita. Selezionare nella lista a discesa il numero identificativo di uno dei collettori d’ingresso presenti nel simbolo oppure [No] (collettore di uscita isolato) o Comando.
Continua nel prossimo post… Continua la lettura!
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