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LPQI is a member of Leonardo Energy

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M02 – Trasformatori ad alta efficienza

Master Universitario di I livelloINGEGNERIA DEI SISTEMI E DEI SERVIZIPER IL TERRITORIO E PER L’AMBIENTEA.A. 2006/2007UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA - SEDE DI MANTOVA

20-21 Aprile 2007

www.leonardo-energy.org

Sommario

Mappa mentale


Introduzione

I trasformatori di potenza:– componenti fondamentali nel sistema di produzione,

trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica.– macchine molto efficienti (rendimenti compresi 95%

ed il 98%)

… attraverso le quali transita però gran parte dell’energia prodotta od utilizzata da una qualsiasi utenza

Un aumento della loro efficienza può costituire quindi un risparmio energetico considerevole


Perdite nei trasformatori

Le perdite di un trasformatore di potenza sono di due tipi:

– perdite a vuoto– perdite dovute al carico

Introduzione


Perdite a vuotoIntroduzione

Le perdite a vuoto si possono considerare costanti in quanto

– indipendenti dalle condizioni di funzionamento (carico)

– la tensione è mantenuta, per ragioni di servizio, costante


Perdite dovute al caricoIntroduzione

Le perdite dovute al carico sono dovute principalmente

– alle perdite negli avvolgimenti– sono proporzionali al quadrato della corrente o,

equivalentemente, al quadrato della potenza apparente del carico

Le perdite dovute al carico dipendono quindi fortemente dalle condizioni di funzionamento (carico)


Potenziale di risparmio energeticoIntroduzione

L’impiego di trasformatori MT/BT ad elevata efficienza energetica (distribuzione pubblica) può determinare un risparmio energetico stimato, a regime, in circa 22 TWh/anno (Ricerca progetto Thermie)

Oltre ai trasformatori MT/BT di proprietà dei distributori di energia elettrica, esiste però anche un parco macchine privato di proprietà degli utenti alimentati in MT o AT che, in Italia, con un consumo pari a circa 150 – 160 TWh all’anno, rappresentano il 65 – 70% dell’energia elettrica totale utilizzata dal settore industriale e terziario


Livello di efficienzaIntroduzione

Livelli delle perdite a vuoto per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali.



Livelli delle perdite a vuoto per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali



Livelli delle perdite dovute al carico per trasformatori MT/BT in olio fissate da Norme nazionali



Valori Po per i trasformatori in olio MT/BT - WG21 del TC14 del CENELEC

175021502500320035002500

145018002100270031002000

120014501700220026001600

95011501350175021001250

7709401100140017001000

65080093011501400800

6

5606808009401200630

60073086010301300630

5106107208801100500

430520610750930400

360440520630770315

300360425530650250

210260300375460160

145180210260320100

4

9011012514519050

A0B0C0D0E0

Vcc (%)Perdite a vuoto (W)Potenza nominale (kVA)



Valori Pk per i trasformatori in olio MT/BT - WG21 del TC14 del CENELEC

185002200026500320002500

150001800021000260002000

120001400017000200001600

95001100013500160001250

7600900010500130001000

60007000840010500800

6

4800560067508700630

4600540065008400630

3900460055007200500

3250385046006000400

2800325039005000315

2350275032504200250

1700200023503100160

1250147517502150100

4

7508751100135050

AkBKCkDk

Vcc (%)Perdite dovute al carico (W)Potenza nominale (kVA)


Efficienza energetica: criteri di scelta

In linea generale esistono due modi per scegliere un trasformatore energeticamente più efficiente:

– il primo ed ovvio è quello di scegliere, a parità di potenza nominale, una macchina con perdite totali minori

– il secondo è quello di dimensionare il trasformatore in modo tale che il punto di funzionamento corrisponda con quello caratterizzato dalla massima efficienza

Il rendimento di un trasformatore è infatti funzione delle condizioni di funzionamento; il punto di massima efficienza si ha generalmente per fattori di carico pari al 40–50%.


Ottimo tecnico-economico

Entrambi i criteri di scelta sono– mirati esclusivamente al miglioramento dell’efficienza

dei trasformatori– non tengono conto di altre esigenze tecniche– devono essere giustificati economicamente come si

vedrà nel seguito



Ottimo tecnico-economicoLa valutazione della convenienza di una soluzione piuttosto che un’altra deve essere condotta determinando il costo attualizzato della macchina che si compone:

– del costo attualizzato del trasformatore installato (costo della macchina e di tutti gli oneri connessi)

– del costo attualizzato delle perdite a vuoto e delle perdite a carico



Ottimo tecnico-economico

dove:– CT è il costo di acquisto del trasformatore (€)– A è il costo unitario delle perdite a vuoto

nominali del trasformatore (€/kW)– B è il costo unitario delle perdite dovute al carico

nominali del trasformatore (€/kW)


kTI PBPACC ⋅+⋅+= 0


Ottimo tecnico-economicoEfficienza energetica: criteri di scelta

( ) cr

Le F

SShCB ⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=

2

( ) ced FCCA ⋅⋅+⋅= 876012


7.00010.00070.000.000Ii5.00010.00050.000.000Ih6.0004.00024.000.000Ig4.0002.50010.000.000If4.0005002.000.000Ie2.5005001.250.000Id1.600100160.000Ic

Ore annue di utilizzazione

Massima potenza (kW)

Consumo annuale (kWh)

Codice

Utenze industriali standard - Eurostat



Valori indicativi dei coefficienti A e B per categorie di utenti industriali


3696,496030,81Ii2784,546350,54Ih3522,176684,48Ig2873,307515,78If2835,768182,79Ie1832,278452,79Id785,439113,56Ic

B (€/kW)A (€/kW)Codice Eurostat


Payback semplice dell’opzione relativa all’acquisto di un trasformatore MT/BT in olio a perdite ridotte rispetto ad un trasformatore a perdite normali, per utenze industriali standard


1,7Ii2,0Ih1,6Ig2,8If2,7Ie3,1Id5,4Ic

Payback semplice (anni)Utenza industriale standard


Bibliografia

The scope for energy saving in the EU through the use of energy-efficient electricity distribution transformersTHERMIE B PROJECT Nº STR-1678-98-BEwww.leonardo-energy.org

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