GUIDA ESSENZIALE AGLI STABILIZZATORI DI TENSIONE

IL PROBLEMA

L’energia prodotta nelle centrali elettriche viene distribuita attraverso le reti di trasmissione e distribuzione e fornita ai consumatori; la qualità dell’energia elettrica (generalmente definita come “Power Quality”) è uno dei fattori importanti che determinano l’efficienza economica sia degli impianti dei consumatori che delle reti elettriche.

Le apparecchiature elettriche sono progettate per funzionare in sistemi di alimentazione caratterizzati da valori nominali di tensione (es. 400V) e di frequenza (es. 50Hz).

Nella realtà la distribuzione di energia elettrica può essere tale da non garantire la stabilità di tali parametri. In particolare la tensione di alimentazione può subire variazioni anche sensibili rispetto al valore nominale che possono provocare situazioni indesiderate e potenzialmente dannose per le utenze.

Tali variazioni possono essere “rapide” ed esaurirsi in pochi millisecondi oppure “lente”, con decorso di diversi secondi, minuti o anche ore a seconda della causa.

Le variazioni lente della tensione possono essere determinate sia da innalzamenti (scadente regolazione MT da parte del distributore dell’energia, distacco dalla rete di grossi carichi, sovratensione in uscita dai generatori, ecc.) sia, più frequentemente, da abbassamenti (connessione di grossi carichi, avviamento motori, linee elettriche sottodimensionate, guasti a terra, scadente regolazione della tensione MT).

Nel caso di variazioni di tensione lo stabilizzatore è la soluzione che garantisce il miglior rapporto costi/benefici.

LA SOLUZIONE

Lo stabilizzatore di tensione ha dimostrato di essere una soluzione efficace al fine di prevenire situazioni potenzialmente pericolose provocate dall’instabilità della tensione di ingresso.

Tipiche situazioni impiantistiche dove la tensione può subire fluttuazioni oltre i valori ammessi sono:

• Utenze alimentate da linee elettriche “deboli” o sottodimensionate, come avviene per zone rurali o molto distanti dalle centrali di distribuzione (allevamenti, villaggi turistici, alberghi).
• Utenze situate in prossimità di centrali di distribuzione e quindi soggette a innalzamenti di tensione.
• Abitazioni private dotate di apparecchiature di potenza elevata (pompe per piscine, grossi condizionatori, corpi illuminanti speciali, ascensori) e/o specificatamente sensibili alle variazioni di tensione.
• Utenze situate in prossimità di grossi impianti industriali, con presenza di apparecchiature di taglia unitaria molto elevata (motori MT) che possono causare abbassamenti di tensione all’avviamento.
• Utenze che funzionano in isola (navi, piattaforme offshore, utenze non connesse alla rete di distribuzione pubblica).

Rispetto ad altre tipologie di apparecchiature lo stabilizzatore di tensione presenta una serie di vantaggi che spesso lo rendono la soluzione ottimale:

• Costo generalmente inferiore.
• Garanzia di un’ottima stabilità della tensione di uscita anche a fronte di ampie variazioni in ingresso.
• Assenza di introduzione di inquinamento armonico.
• Robustezza, affidabilità e possibilità di utilizzo anche in ambienti difficili.
• Sovraccaricabilità pari a due volte la corrente nominale (fino a 2 minuti).
• Assenza di batterie, e quindi di problematiche in termini di immagazzinamento, trasporto, manutenzione e smaltimento.
• Regolazione graduale e affidabile della tensione di alimentazione dei carichi garantendo in uscita una precisione ±0,5% della tensione nominale anche a fronte di importanti variazioni della tensione di ingresso.
• Rendimento molto elevato.
• Ridotta sensibilità alle correnti di inserzione elevate.
• Dimensioni contenute, semplicità di utilizzo e funzionamento plug & play.

STABILIZZATORI DI TENSIONE ELETTROMECCANICI O STATICI?

Lo stabilizzatore statico viene utilizzato quando la velocità di correzione rappresenta il problema critico.

Lo stabilizzatore statico (da usare, per esempio, per computers, apparecchiature di laboratorio, banchi di misura e strumentazione medica) ha un tempo di correzione di 3 millisecondi (regolazione completa) mentre l’elettromeccanico ha una velocità di correzione di 10-50 millisecondi per volt (a seconda del modello).

CRITERI DI SCELTA

Numero di fasi

Il numero di fasi di uno stabilizzatore dipende dalla natura dei carichi:

• per carico monofase scegliere uno stabilizzatore monofase;
• combinazione di più carichi monofase sulla stessa linea: scegliere uno stabilizzatore trifase o uno monofase per ciascun carico;
• per carico trifase scegliere uno stabilizzatore trifase.

Tensione nominale

Dato che a livello internazionale le tensioni nominali variano, è opportuno rilevare le tensioni nominali in ingresso e in uscita dello stabilizzatore. Nei sistemi trifase fornire il valore concatenato delle tensioni. I modelli standard trifase possono funzionare con tensione nominale 380V-400V-415V (50Hz) o 440V-460V-480V (60Hz).

Ampiezza variazione in ingresso

È un dato chiave per la scelta e il dimensionamento dello stabilizzatore. Identificare l’entità dell’oscillazione della tensione di ingresso e tenere un margine di sicurezza su tale percentuale: se, per esempio, si misurano variazioni di tensione pari a ±16% sulla nominale, scegliere uno stabilizzatore dimensionato per variazioni di ±20%. Attenzione: se la variazione in ingresso supera quella prestabilita, la differenza si aggiunge alla precisione di uscita; per esempio se uno stabilizzatore dimensionato per ±15% riceve una variazione del +20%, la precisione della tensione di uscita non sarà più ±0,5% ma ±5,5%.

Tipologia di regolazione

Gli stabilizzatori di tensione trifase standard sono realizzati con controllo a fasi indipendenti. Lo stabilizzatore dovrà essere collegato al neutro della linea di alimentazione. In assenza di neutro di linea è possibile, su richiesta, dotare la macchina di apposito accessorio.

Tecnologia

Nella maggior parte delle applicazioni, lo stabilizzatore di tensione elettromeccanico è uno strumento affidabile e sicuro. Nel caso in cui è richiesta una elevata velocità di intervento (millisecondi), è meglio scegliere la soluzione con regolazione tramite interruttori statici IGBT.

Potenza nominale

Tutti gli stabilizzatori sono dimensionati per la massima corrente di ingresso. Si consiglia comunque di tenere un margine di sicurezza per eventuali ampliamenti futuri. La potenza dello stabilizzatore è espressa in kVA, mentre la potenza del carico è normalmente espressa in kW. Si tenga conto che il legame tra queste due unità di misura è fornito dal fattore di potenza (cosphi): kVA = kW / cosphi. Se il fattore di potenza e/o la potenza in kW non sono facilmente determinabili, rilevare le correnti assorbite e, tenendo conto delle formule seguenti, eseguire un corretto dimensionamento dello stabilizzatore.

• kVA (monofase) = Tensione di carico x Corrente di carico.
• kVA (trifase) = Radice di 3 x Tensione concatenata x Corrente di carico.

Installazione

Scegliere le altre caratteristiche dello stabilizzatore in funzione della tipologia di installazione. In particolare è necessario conoscere:

• Grado di protezione IP richiesto.
• Installazione interna o esterna.
• Altitudine e caratteristiche climatiche del sito.
• Temperatura ambientale.
• Eventuali situazioni ambientali pericolose come: atmosfera aggressiva, esposizione a sostanze chimiche, ecc.

Accessori

È possibile arricchire lo stabilizzatore con diverse tipologie di accessori:

• Dispositivi di interruzione e di protezione.
• Protezione del carico da sovra/sottotensione.
• Linea di by-pass.
• Kit di protezione totale.
• Trasformatore di isolamento in ingresso.
• Sistema di rifasamento automatico integrato.
• Scaricatori di sovratensione SPD.
• Filtri EMI/RFI anti disturbo.
• Reattanza di punto neutro.
• Grado di protezione fino a IP54/55 indoor/outdoor.

Realizzazioni speciali

Con opportune varianti, è possibile ottenere degli stabilizzatori “speciali” in grado di:

• gestire variazioni non simmetriche della tensione di ingresso diverse dalla gamma standard (ad esempio da Vn -55% a Vn +20%);
• dare in uscita una tensione differente da quella di ingresso (ad esempio Vin= 400V ±15%, Vout= 460V ±0,5%).

CRITERI COSTRUTTIVI

Lo stabilizzatore di tensione è un’apparecchiatura di potenza che si interpone tra la rete di alimentazione e le utenze per garantire a queste ultime una tensione che abbia una minore variazione (±0,5% in rapporto al valore nominale) di quella ampia che la rete e/o l’impianto possono garantire.

La stabilizzazione avviene sul “reale valore efficace”, non è influenzata da eventuali armoniche presenti in rete e non ne introduce di ulteriori poiché la regolazione avviene senza parzializzazione della forma d’onda.

Lo stabilizzatore non è influenzato dal fattore di potenza del carico, funziona con un intervallo di variazione del carico per ogni fase da 0 a 100% e con una velocità di regolazione che dipende dalla percentuale di variazione della tensione di ingresso e dalla tipologia costruttiva (indicativamente può variare tra 8 e 30 ms/V).

Lo stabilizzatore di tensione digitale è essenzialmente costituito da un trasformatore buck/boost, da un regolatore di tensione e da un controllo elettronico. Basandosi su un microprocessore che campiona la tensione di uscita ad alta frequenza, il sistema di controllo aziona i motori del regolatore. Così facendo variano la posizione dei contatti del regolatore, la tensione da essi prelevata e quindi quella fornita al primario del trasformatore booster. La tensione sul secondario è in fase o in opposizione di fase rispetto alla tensione di rete e quindi va a sommarsi o sottrarsi a quest’ultima, compensandone le variazioni.

Il regolatore di tensione, che non è altro che un autotrasformatore a rapporto variabile, può essere di tipo colonnare o toroidale in relazione alla potenza nominale dello stabilizzatore.

CONCLUSIONI

La disponibilità continua di tensione di alimentazione stabile, indipendente dalle fluttuazioni in ingresso, è molto spesso la chiave per assicurare efficienza e affidabilità all’utente finale.

Ridotta produttività, perdita di dati, perdita di sicurezza, guasti macchina, informazioni inaccurate e disturbi domestici sono solo alcuni esempi di potenziali problemi causati da un’alimentazione instabile. Ovviamente, tutto ciò si traduce in aumento di costi di gestione per l’utente.

Per maggiori info sulla nostra gamma di stabilizzatori di tensione.