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Alimentare un Gruppo Statico di continuità (UPS) con un Gruppo Elettrogeno
INTRODUZIONE
L’UPS o Gruppo Statico di Continuita è un’utenza definibile come CARICO NON LINEARE, ovvero un sistema che comporta una determinata distorsione armonica nella linea di alimentazione; in genere il livello di distorsione armonica dipende, nel caso specifico dell’UPS, dal tipo di sistema di conversione.
Normalmente, alimentando questo tipo di carico con la rete, non si hanno particolari problemi di funzionamento, grazie ovviamente al trascurabile valore di impedenza della rete stessa. Diverso è invece il discorso relativo ai gruppi elettrogeni, in quanto il generatore sincrono normalmente utilizzato presenta un valore sensibile di impedenza, dovuta ovviamente agli avvolgimenti statorici in esso contenuti.
Nel caso specifico, il valore di impedenza che ci interessa per determinare il livello di distorsione armonica è la REATTANZA SUB-TRANSITORIA, che nelle schede tecniche dei costruttori di alternatori è notificata con il simbolo di X”d.
Nei primi impianti dotati di UPS (alcuni anni fa), si era costretti ad utilizzare gruppi elettrogeni con alternatori molto sovradimensionati, in modo da tenere la reattanza sub-transitoria ad un valore accettabile, tale da non determinare malfunzionamenti o avarie nell’UPS stesso a causa di una eccessiva distorsione armonica non tollerata.
Oggi, con le moderne tecnologie costruttive, gli UPS riescono a tollerare valori superiori di distorsione armonica, pertanto anche la scelta del gruppo elettrogeno è notevolmente semplificata ed in alcuni casi non è neppure necessario maggiorare l’alternatore; in base ai dati in nostro possesso possiamo riassumere, in base al tipo di conversione utilizzato nell’UPS, il massimo valore di reattanza sub-transitoria ammesso
CALCOLO DELLA REATTANZA SUB-TRANSITORIA
La reattanza sub-transitoria, definita appunto con il simbolo X”d, è direttamente proporzionale alla potenza in KVA dell’alternatore; nella scheda tecnica fornita dal costruttore dell’alternatore stesso, il valore di X”d corrisponde alla massima potenza nominale erogata, pertanto per ottenerne il corretto valore in funzione della potenza effettivamente utilizzata, è sufficiente eseguire una semplicissima proporzione.
Esempio:
Alternatore tipo STAMFORD mod. HCI5F
Potenza nominale: 670 KVA
Tensione nominale: 400V
Reattanza sub-transitoria X”d: 0,10 (10%)
Alimentando un carico da 450 KVA, la reattanza sub-transitoria corrispondente sarà: 450/670 = 0,67 X”d = 0,10 x 0,67 = 0,067 (6,7%).
ESEMPIO DI CALCOLO CON U.P.S. TRIFASE – TOTAL CONTROLLATO (6 PULS.)
Per il calcolo della distorsione armonica della tensione si usa la seguente formula:
Vn = I x N x X”d
Dove I = corrente armonica (%) – N = numero di armonica corrispondente (vedere tabella sotto descritta)
Esempio: considerando un valore di X”d pari a 0,10 avremo per la 7° armonica di corrente:
Vn = 7 x 14,3 x 0,10 = 10,01%
La Distorsione Armonica Totale [THD] si ottiene eseguendo la radice quadrata della somma del quadrato di ogni Vn calcolato per tutte le armoniche sensibili
Utilizzando la formula di cui sopra e considerando l’esempio di X”d pari a 0,10, otterremo quindi un THD risultante pari al 28,25%; occorre pertanto verificare se tale parametro è compatibile con le caratteristiche dichiarate dal costruttore dell’ gruppo statico di continuità ed eventualmente ridurlo aumentando la potenza nominale dell’alternatore.
ESEMPIO DI CALCOLO CON U.P.S. TRIFASE – TOTAL CONTR. DOPPIA CONVERSIONE(12 PULS.)
Per il calcolo della distorsione armonica della tensione si usa la medesima formula utilizzata nel caso precedente
Vn = I x N x X”d
Dove I = corrente armonica (%) – N = numero di armonica corrispondente (vedere tabella sotto descritta)
Esempio: considerando un valore di X”d pari a 0,10 avremo per la 7° armonica di corrente:
Vn = 7 x 14,3 x 0,10 = 10,01%
La Distorsione Armonica Totale [THD] si ottiene eseguendo la radice quadrata della somma del quadrato di ogni Vn calcolato per tutte le armoniche sensibili.
Utilizzando la formula di cui sopra e considerando l’esempio di X”d pari a 0,10, otterremo quindi un THD risultante pari al 19,96%; occorre pertanto verificare se tale parametro è compatibile con le caratteristiche dichiarate dal costruttore dell’UPS ed eventualmente ridurlo aumentando la potenza nominale dell’alternatore
UTILIZZO DI INTERRUTTORI DIFFERENZIALI
Una fra le problematiche da tenere maggiormente in considerazione è l’utilizzo di interruttori differenziali, in un impianto alimentato da Gruppo Statico di continuita.
Normalmente le utenze alimentate dall’UPS vengono protette con interruttori differenziali ad alta sensibilità (rif. Legge 46/90); per ottenere l’effetto desiderato (l’intervento del differenziale in caso di guasto a terra) è però necessario che il neutro in uscita dal Gruppo statico di continuità stesso sia collegato a terra (*) In questa configurazione, l’eventuale interruttore differenziale installato sul gruppo elettrogeno potrebbe intervenire aprendo il circuito principale, rilevando una presunta corrente di guasto circolante nel circuito di messa a terra come indicato nello schema 1, specialmente in caso di carichi squilibrati sulle utenze alimentate dall’UPS, causando ovviamente il blocco del gruppo elettrogeno. In questa configurazione è quindi consigliabile non installare un differenziale sulla linea principale, ma soltanto sulle linee in derivazione (vedi schema 2); in tal caso l’eventuale corrente di guasto di cui sopra non influirebbe sugli interruttori differenziali posti a valle, che potrebbero altresì intervenire soltanto in caso di guasto a terra nella parte a valle del circuito da essi alimentato.
(*) è comunque doveroso precisare che in caso di UPS senza By-pass, l’UPS stesso svolge la funzione di un trasformatore di isolamento; in tal caso è ridondante l’uso di interruttori differenziali per la protezione delle utenze da esso alimentate.
Informazioni tratte da documento elaborato dall’ufficio tecnico della PRAMAC
Gli uffici tecnici della PRAMAC e della SOCOMEC sono a disposizione per fornirvi tutte le informazioni necessarie a dimensionare correttamente le apparecchiature a voi necessarie.
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PRAMAC – Alimentazione UPS con gruppi elettrogeni
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