Analisi dei flussi di potenza sullo schema elettrico (2^ 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
Leggi l'articolo sulla prima parte dell'analisi.
Analisi dei flussi di potenza sullo schema elettrico 2^ parte
Proseguiamo la presentazione di questa nuova funzionalità dei CAD elettrici iDEA ed Eplus e degli applicativi della linea CADelet e Smart. Nella prima parte è stato visto il modello su cui si basa l’analisi dei flussi di potenza a partire dallo schema elettrico e il riporto della stessa a ogni livello dello schema; in questa seconda parte analizziamo il calcolo delle correnti, la gestione di simboli utente con la presenza di collettori e la finestra di presentazione dei risultati dell’analisi.
Attribuzione delle fasi e calcolo delle correnti
L’attribuzione delle fasi serve a definire il tipo di connessione della linea elettrica ai fini del calcolo delle correnti. Sempre attraverso la funzione Edita connessioni componente (comando EPIN) 
è possibile associare a un pin la fase di connessione.
I valori possibili sono i seguenti:
• L1: conduttore di fase 1
• L2: conduttore di fase 2
• L3: conduttore di fase 3
• N: conduttore di neutro
• PE: conduttore di protezione. Questo valore assume un significato particolare perché esclude le connessioni al pin dall’analisi dei flussi di potenza. Questo consente di semplificare lo schema di collegamento del simbolo.
Il valore di fase di un pin si propaga a tutti i pin connessi allo stesso filo. Si desume quindi che sullo stesso filo non sono consentite connessioni di pin aventi valore di fase diversi. Come ricordato in precedenza, i simboli per i quali nel setup simbolo è selezionata l’opzione Abilita la numerazione progressiva delle fasi connesse ai pin del simbolo, propagano il valore di fase dai pin del collettore di ingresso a quelli del collettore di uscita rispettando la regola di numerazione progressiva delle coppie di pin (C1->C2, C3->C4, …).
Nell'esempio in figura si rappresenta schematicamente la creazione del grafo dei collettori derivante da una parte di schema elettrico. Da notare come le fasi definite in un elemento a monte di FC0 sono trasferite nei pin dei simboli a valle andando a definire il sistema di connessione dei singoli collettori. I simboli morsetto, in questo caso, non hanno collettori definiti e rappresentano dei nodi di collegamento trasparenti non apportando un contributo al calcolo delle potenze nel collettore a monte.
A un singolo collettore può quindi essere associata, secondo i pin che lo compongono, una singola fase o una combinazione di fasi che determinano il tipo di collegamento elettrico cui il collettore è soggetto.
Ad esempio:
• L1, L2, L3, N: connessione trifase con neutro
• L1, N: connessione fase-neutro
• L1, L2: connessione fase-fase
Nel complesso sono gestiti i sistemi elettrici F+N, 2F, 2F+N, 3F, 3F+N.
Non tutte le combinazioni di connessione sono accettate, come ad esempio alternata + continua.
L’assenza di definizione delle fasi sui pin dei simboli o una combinazione errata delle stesse sui collettori provoca il mancato calcolo delle correnti sulle fasi dei collettori.
In generale quindi, il vettore corrente su singola fase è calcolato come:
dove:
potenza apparente su singola fase, con NF numero di conduttori attivi (1, 2, 3) e
dove:
n è un divisore dipendente dal sistema di collegamento:
• 2F+N (bifase con neutro), 3F (trifase), 3F+N (trifase con neutro)=> sqrt3
• 2F => 2 (bifase)
• negli altri casi => 1
VF è un vettore il cui angolo dipende dalla fase e dal sistema di connessione delle fasi.
Nell'analisi sul collettore di uscita, le correnti sulle fasi sono calcolate come sommatoria delle correnti derivanti dai singoli carichi, considerati tutti in parallelo.
Come definire le fasi per i pin di un simbolo
Le fasi sono assegnate ai pin del simbolo tramite la funzione Edita connessioni componente (comando EPIN) . Per assegnare le fasi selezionare uno o più pin in lista ed eseguire la funzione Modifica.
Valorizzare quindi il dato Fase selezionandolo dalla lista a discesa uno dei valori possibili.
Gestione della potenza per i simboli aventi collettori definiti dall'utente
Nel caso di simboli con definizione utente dei collettori, le fasi non possono essere trasferite dai collettori di ingresso a quelli di uscita non essendoci una corrispondenza esatta fra pin di ingresso e di uscita. In questi casi, ai fini del calcolo delle correnti, i collettori d’ingresso sono visti come carichi equivalenti dei carichi a loro connessi a valle.
Nell'esempio in figura il simbolo CN1 rappresenta un generico elemento di trasformazione. Il collettore di uscita di FC0 vede un solo carico CN1 avente potenza equivalente pari alla somma delle potenze di MA1 e MA2. Come si può intuire dalla figura, non avendo dati di corrispondenza fra le fasi dei collettori di ingresso ed uscita in CN1, il calcolo delle correnti agli stessi collettori di uscita è ignorato.
Finestra di Analisi dei flussi di potenza
La funzione Analisi dei flussi di potenza (comando ELCAR) avvia una finestra di gestione che permette di visualizzare i valori di potenza e correnti calcolati nei punti di controllo, cioè per tutti i simboli aventi uno o più collettori di tipo uscita, e fornisce gli strumenti necessari a interagire con lo schema e modificare i dati sensibili all'analisi.
La finestra si compone di tre liste. La lista superiore elenca i punti di analisi rilevati che sono, come sopra citato, tutti quei simboli dello schema elettrico aventi uno o più collettori di tipo uscita.
La lista intermedia elenca tutti i carichi, cioè tutti i componenti dello schema elettrico connessi all'elemento selezionato nella lista superiore aventi un articolo assegnato, che concorrono al calcolo della potenza e delle correnti.
La lista inferiore elenca eventuali messaggi di notifica delle anomalie che il comando rileva nell'analizzare la rete elettrica.
Funzioni comuni
Le liste superiore e intermedia sono caratterizzate da alcune funzioni disponibili in entrambe.
Localizza simbolo: localizza nel disegno il simbolo relativo all'elemento selezionato in lista.
Modifica dati tecnici: permette di accedere alla pagina Dati tecnici della finestra di modifica dell’articolo in Archivio materiali per l’elemento selezionato in lista.
Edita pin simbolo: avvia la funzione Edita connessioni componente, per l’elemento selezionato in lista.
Edita attributi: avvia il comando di Editazione attributi, per l’elemento selezionato in lista. L’uso della funzione Edita attributi dalla finestra Analisi dei flussi di potenza provoca l’aggiunta automatica dell’attributo Fattore di utilizzo (etichetta COE_UTI) per i simboli editati che ne sono privi.
Dal menu contestuale delle due liste è possibile accedere alla funzione Gestione colonne. La finestra Gestione colonne consente, per ognuna delle due liste, di attivare o disattivare le colonne disponibili e cambiare l’ordine delle colonne attive. Sono gestite le seguenti colonne.
• Componente: sigla del simbolo
• Ubicazione: ubicazione del simbolo
• Funzione: funzione del simbolo
• Descrizione: descrizione (1 e 2) del simbolo
• Note: note del simbolo
• Codice: codice dell’articolo materiale associato
• Descrizione articolo: descrizione dell’articolo materiale
• Collegamento: sistema di collegamento elettrico (F+N, 2F, …)
• Fasi: fasi rilevate per il collettore
• Tensione [V]
• Ku dispositivo: valore del fattore di utilizzo specificato nel simbolo
• Ku: valore del fattore di utilizzo risultante al componente selezionato
• Potenza max [kW]: potenza attiva massima del carico (KU=1)
• Potenza [kW]: potenza del carico (PMAX=P • KU)
• Potenza [kVA]: potenza apparente (S=P/Cos φ)
• I1 [A]: corrente di fase 1
• I2 [A]: corrente di fase 2
• I3 [A]: corrente di fase 3
• Imax [A]: la massima fra le 3 correnti di fase
• Ineu [A]: corrente di neutro
Altre funzioni
Altre funzioni generali sono disponibili nella barra degli strumenti.
Aggiorna: aggiorna l’analisi allo stato corrente dello schema elettrico.
Nascondi finestra: riduce la finestra come bottone di richiamo al fine di agevolare le operazioni nell'area di disegno.
Trova: riduce la lista superiore alle righe che contengono il testo ricercato.
Esporta: esporta i dati della lista superiore in formato xls.
Esporta con dettaglio carichi: esporta i dati della lista superiore in formato xls. Ogni riga corrispondente ad un componente è corredata dalla lista dei carichi ad esso connesso.
Modalità di lavoro con Excel: consente di selezionare fra modalità interattiva (opzione Microsoft Excel) che necessita di Microsoft Excel©, e modalità alternativa (opzione Foglio di calcolo (*.xls, *xlsx)) che effettua l’esportazione dei dati direttamente su file.
Altre funzioni sono disponibili nel menu contestuale della lista superiore.
Raggruppa per funzione/ubicazione: consente di raggruppare per funzione e/o ubicazione i componenti della lista superiore.
Nascondi in esecuzione comandi: riduce la finestra come bottone di richiamo in esecuzione di funzioni che interagiscono con l’area di disegno (Localizza, Edita connessioni componente, …).
Lista dei messaggi
Seguono i possibili messaggi notificati dall'analisi.
Articolo non presente in archivio: il codice di articolo materiale non è presente in Archivio materiali.
Connessione fasi multipla al pin …: i pin connessi allo stesso filo possiedono fasi assegnate diverse.
Collegamento anomalo per …: lo schema di connessione delle fasi non è gestito.
Tensione non compatibile con il collettore a monte per …: ll carico è alimentato da corrente continua mentre il collettore a monte è in corrente alternata, o viceversa.
Tensione errata per …: la tensione del carico è diversa dalla tensione del collettore a monte.
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