Distribuzione a corrente continua nei reparti, al posto della trifase

[Mario Maggi]

Ciao a tutti

E' doveroso risparmiare energia!
Lo spreco di energia non è solo un costo inutile ed una fonte di inquinamento superflua, ma ha anche delle implicazioni politiche che alla fine portano a guerre per l'energia. Dobbiamo quindi limitare al massimo l'acquisto di energia dall'estero e sfruttare il più possibile le fonti energetiche rinnovabili presenti sul nostro territorio.
Abbiamo a disposizione altre possibilità di risparmiare alcuni punti percentuali di energia, adottando la distribuzione elettrica a corrente continua nelle fabbriche, al posto della classica distribuzione trifase a 400 V.
L'eliminazione di convertitori non realmente necessari porta non solo ad una maggior efficienza energetica, ma anche ad una riduzione degli ingombri e dei costi, nonchè ad un aumento dell'affidabilità, essendoci un numero minore di componenti soggetti a possibili guasti.

Qui potete vedere chiaramente quali e quante siano le possibilità di risparmiare, adottando la filosofia DC: https://www.powerelectronicsnews.com/wp-content/uploads/sites/3/2023/08/Figure-1-Comparison-AC-versus-DC-grid.png

Per ora solo poche aziende possono convertire la loro rete interna in fabbrica per lavorare solo in DC, ci vorranno ancora diversi anni prima di poter trovare facilmente tutta la componentistica necessaria. Per esempio, i fusibili super-extrarapidi per alte correnti DC alle tensioni necessarie esistono già ma attualmente non sono realizzati in contenitori di tipo industriale.
Molte delle aziende più importanti al mondo nell'elettrotecnica ed elettronica di potenza stanno discutendo in gruppi di lavoro al fine di determinare i livelli di tensione normalizzata e le specifiche per le protezioni, che dovranno essere intercambiabili con prodotti di aziende concorrenti. Alcuni produttori di cavi hanno già a catalogo i cavi studiati per la distribuzione in DC, che comporta la necessità di adottare soluzioni costruttive atte a garantire una lunga durata del cavo sottoposto ad una tensione DC che ha sempre la stessa polarità ed è quindi soggetta a fenomeni che non si verificano nei cavi per AC. Anche sui cavi ci sarà la possibilità di risparmiare, sia per il costo dei cavi data la minor lunghezza complessiva degli stessi, sia per i minori costi di installazione.
Consiglio alle aziende italiane del settore elettrico ed elettronico di cominciare a valutare questo cambiamento sostanziale, prima che sia troppo tardi. Nel settore navale ci sono già esempi di realizzazioni in DC.
Avete già avuto esperienze con impianti industriali di distribuzione a corrente continua?

Ciao, 

Mario 

[Maurizio Colombi]

Mario carissimo, è da anni che ti leggo sul nostro Forum, prima frequentemente, poi sempre più raramente ed ho, da allora, stimato le tue doti di pazienza e di professionalità, credimi.

Ma questa proposta che stai cavalcando mi lascia un po' stranito.

Credi veramente che questa idea balzana sia un ipotesi economicamente realizzabile? Addirittura in impianti estesi esistenti?

Io direi di no, ma è un parere completamente personale.

[Carlo Albinoni]

Bisogna.... fare i conti per valutare la convenienza energetica ed economica.

Comunque esistono diverse organizzazioni, enti e aziende che se ne occupano. 

Il vantaggio sta nell'eliminare gli stadi di conversione AC/DC e DC/AC che sono numerosi soprattutto in impianti con molta generazione locale e/o accumulo (non verrebbero eliminate le conversioni DC/DC).

Esistono già numerosi carichi sostanzialmente DC, quali gli inverter per motori oppure caricabatterie DC per veicoli elettrici il cui primo stadio è un raddrizzatore che potrebbe essere eliminato.

Soprattutto esistono industrie con reparti DC in funzione, navi DC ed edifici DC (anche se questi ultimi sostanzialmente sperimentali).

Per un energy manager anche solo pochi punti percentuali di risparmio energetico è oro.

 

Segnalo nella serie IEC 60364 una sezione dedicata ai data center in DC e una nuova edizione della parte 82 (installazioni prosumer) con enfasi sugli impianti misti AC e DC. Prima o poi finiranno nella CEI 64-8.

 

 

[click0]

4 ore fa, Maurizio Colombi ha scritto:

Io direi di no, ma è un parere completamente personale.

penso che tanti non possano che dare un "parere personale"

alla fine, meglio un grosso convertitore alternata / continua o tanti convertitore alternata / continua...?!

 

5 ore fa, Mario Maggi ha scritto:

Anche sui cavi ci sarà la possibilità di risparmiare, sia per il costo dei cavi data la minor lunghezza complessiva degli stessi, sia per i minori costi di installazione.

questa sinceramente non l'ho capita...

come fa a diventare più corto un cavo DC ?

il passare da 3 cavi a 2 cavi, te li rende "globalmente", più corti, ma la sezione aumenta...

[luigi69]

Buona serata a tutti voi .

 

Pur con il massimo rispetto verso l 'autore della discussione  , mi sembra un argomento un po strano....privo di dati reali   e perdonatemi anacronistico .

 

Un paragone mi sembra possibile solo con un alta integrazione di elettronica   , altrimenti il discorso salta , non possiamo tornare indietro di 40 anni e avere di nuovo i problemi con le spazzole , i collettori , e gli archi .

 

Ma siamo sicuri che alla fine dei conti , comprendendo questi problemi ,  costi davvero meno ?

 

Secondo il mio parere   , non può essere una valutazione globale , ma neanche riferita   come diceva @Mario Maggi,  all industria .

 

E se ci riempissimo di convertitori dc/dc a basso rendimento? Non avremmo comunque delle perdite in calore e rendimenti non alti ? 

 

I convertitori costruiti in oriente , come gli inverter ? Così  un altro covid o qualche embargo,  ci lascerebbe comunque a piedi? 

 

Magari i tempi non sono maturi , o non possiamo / sappiamo valutare ancora i benefici di una eventuale trasformazione.   Lo dico in prima persona , io sarei assolutamente contrario. 

 

Io prendo ad esempio la ferrovia : con i locomotori trifase   , non avevamo la tecnologia per regolarne la velocità, ma rispetto al vapore tanta roba ,  poi si è tornati alla corrente continua   , e adesso siamo nuovamente,  per i treni AV , all alternata , per ragioni di trasporto ,   con un massiccio impiego di elettronica  .

 

E se andasse a finire come per i motori IEC 2 ?  Che erano gli stessi IEC 1 con un adesivo sopra o con la sola targhetta riscritta?

[Carlo Albinoni]

27 minuti fa, luigi69 ha scritto:

E se ci riempissimo di convertitori dc/dc a basso rendimento? Non avremmo comunque delle perdite in calore e rendimenti non alti ? 

 

I convertitori costruiti in oriente , come gli inverter ? Così  un altro covid o qualche embargo,  ci lascerebbe comunque a piedi? 

 

Siamo già pienissimi di convertitori ovunque essi siano costruiti.

 

Li troviamo negli alimentatori di qualsiasi apparecchio, dai televisori ai telefonini ai computer. Li troviamo nei sistemi di accumulo, negli inverter fotovoltaici, negli UPS, nelle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici.

 

Se anziché essere AC/DC, DC/AC o AC/AC, fossero prevalentemente DC/DC che problema sarebbe? Non c'è alcun motivo per cui un convertitore DC/DC debba essere meno efficiente, anzi è proprio vero il contrario.

[Mario Maggi]

10 ore fa, Maurizio Colombi ha scritto:

Mario carissimo, ....

Credi veramente che questa idea balzana sia un ipotesi economicamente realizzabile? Addirittura in impianti estesi esistenti?

Carissimo Maurizio, 

questa soluzione può essere valida per il rinnovo di impianti e macchine, o per nuove realizzazioni. 

Elenco qui si seguito alcune ditte che si stanno interessando ufficialmente dell'argomento, ci hanno messo la faccia: 

Amk Motion    
Audi    
ABB    
Bauer 
Baumüller    
Bender    
Block    
BMW Group
TU Braunschweig      
Bosch Rexroth     
Daimler/Mercedes-Benz    
Danfoss
DEHN    
Eaton    
Epic Power 
ESR Pollmeier    
ETA
Fraunhofer IISB     
Fraunhofer IPA      
Gerotor    
Harting
HOMAG    
TU Ilmenau    
Jean Müller    
KEB
KEBA    
KHS    KUKA    
Lapp
Lenze    
LEONIE    
Maschinenfabrik Reinhausen      
Phoenix Contact
PULS    
Rittal    
SEW    
Siemens
SMA    
Universität Stuttgart      
TH OWL    
VAHLE
Weidmüller    
Wöhner    
Yaskawa    
ZVEI

 

Non credo di essere un visionario, penso di essere attento alle innovazioni nel mondo. 

Ciao 

Mario 

[Mario Maggi]

44 minuti fa, luigi69 ha scritto:

Pur con il massimo rispetto verso l 'autore della discussione  , mi sembra un argomento un po strano....privo di dati reali   e perdonatemi anacronistico .

Un paragone mi sembra possibile solo con un alta integrazione di elettronica   , altrimenti il discorso salta , non possiamo tornare indietro di 40 anni e avere di nuovo i problemi con le spazzole , i collettori , e gli archi .

................

E se ci riempissimo di convertitori dc/dc a basso rendimento? Non avremmo comunque delle perdite in calore e rendimenti non alti ? 

 

I convertitori costruiti in oriente , come gli inverter ? Così  un altro covid o qualche embargo,  ci lascerebbe comunque a piedi? 

 

luigi69, 

non ci vedo niente di anacronistico, non ho proposto nè collettori nè spazzole (li odiavo, infatti dal 1973 ho iniziato a vendere inverter PWM industriali in Italia, nessun altro l'aveva fatto, allora c'erano i Danfoss VLT5 ed i Dynac della Prima, ma entrambi erano ad onda quadra senza PWM). 

Ho visto misure su convertitori DC/DC a GaN da decine di kW che evidenziavano - nelle migliori condizioni operative - un rendimento superiore al 99% 

Si trattava di convertitori costruiti in Europa con componentistica europea. 

Ciao 

Mario 

[Carlo Albinoni]

Qui di seguito alcune organizzazioni che promuovono la distribuzione in DC.

 

ODCA

 

CurrentOS Foundation

 

Direct Current Technologies - European Commission

 

EMerge Alliance – Hybrid AC/DC & DC Microgrid Standards & Information

 

DC Systems

[Mario Maggi]

5 ore fa, click0 ha scritto:

questa sinceramente non l'ho capita...

come fa a diventare più corto un cavo DC ?

il passare da 3 cavi a 2 cavi, te li rende "globalmente", più corti, ma la sezione aumenta...

click0, 

sei certo che la sezione aumenti in DC rispetto all'AC? In DC il cavo lavora sempre alla corrente nominale senza i picchi tipici dell'AC, non ci sono armoniche ed i sovraccarichi possono essere minori, potendo intervenire con condensatori vicino al carico. In rete avevo trovato paper che affrontavano questo argomento. Poi bisogna considerare che la tensione normalizzata - che ad oggi non è ancora stata definita - potrà essere maggiore dell'attuale raddrizzata da 400 VAC, pur mantenendo la possibilità di usare i motori trifase a 400 VAC.

Invece deve cambiare certamente la costruzione del cavo, per gli effetti della polarizzazione degli isolanti dovuta al fatto che la polarità del cavo non cambia mai, ma questo è un problema già risolto da alcuni fabbricanti di cavi. 

Ciao

Mario  

[Carlo Albinoni]

1 ora fa, luigi69 ha scritto:

Io prendo ad esempio la ferrovia : con i locomotori trifase   , non avevamo la tecnologia per regolarne la velocità, ma rispetto al vapore tanta roba ,  poi si è tornati alla corrente continua   , e adesso siamo nuovamente,  per i treni AV , all alternata , per ragioni di trasporto ,   con un massiccio impiego di elettronica  .

 

E' una storia interessante che ha portato nei diversi paesi ad avere diversi sistemi di elettrificazione ferroviaria a seconda della tecnologia più promettente al momento di massimo sviluppo delle ferrovie elettriche (una volta adottato uno standard diventa difficile tornale indietro).

 

Il motivo per cui si è arrivati ai 25000 V AC per l'alta velocità (ma in molti paesi per tutte le ferrovie) è la possibilità di alimentare direttamente in media (che è alternata) la linea di captazione, ottenendo elevata potenza, elevata efficienza con un numero limitato di sottostazioni di alimentazione. Questo è stato reso possibile dai moderni convertitori elettronici a bordo dei treni che permettono di alimentare i motori indipendentemte dalla linea di alimentazione. Ciò fu possibile solo nel dopo guerra quando ogni paese aveva già sviluppato le sue linee ferroviare e il suo materiale rotabile (in continua, in alternata monofase a 16 2/3 Hz, in alternata trifase ecc). In realtà Ganz aveva già presentato negli anni 30 l'alimentazione monofase a 50 Hz ad alta tensione ma i tempi non erano giusti.

 

Però il contesto della moderna LVDC è diverso. La distribuzione in media continuerebbe a essere in alternata. In continua (o mista continua/alternata) sarebbe a livello locale, a livello di edificio o sito (la micrgrid DC).

[click0]

magri sbaglio...

[luigi69]

@Carlo Albinoni, hai centrato il problema  ,  domani volentieri vi scrivo due considerazioni 

 

Per adesso buona notte a voi tutti

[Maurizio Colombi]

43 minuti fa, click0 ha scritto:

magri sbaglio...

Esatto, magari sbaglio pure io.

Saremo sempre nella promiscuità, nell'avere un doppio sistema, nel dover ri cablare completamente tutto il sistema di distribuzione, nel dover cambiare la gestione di tutti i macchinari ed alcuni macchinari, nel dover acquistare nuove apparecchiature per gestire qualcosa che sta già funzionando...

Chi gliela racconta al commendator Tal dei Tali (che magari è il marito della sciura Luisa) che deve scaravoltare la "fabrichetta" della Brianza che sta producendo ottimi prodotti così com'è, senza tanti frizzi e lazzi... 

È un problema da venditore e io non lo sono, è per questo che magari mi sbaglio.

 

 

 

Modificato: 5 gennaio da Maurizio Colombi

[ivano65]

per essere  conveniente penso che si deva distribuire la tensione ad almeno 1000 volt (per consentire  di risparmiare sulle sezioni dei conduttori, ma si puo' arrivare a 1500Vlimite oltre i quali e' considerata alta tensione, con gli aggravi impiantistici conseguenti) e convertirla su ogni macchina dove sarebbero presenti gli opportuni convertitori DC/DC  . pero' visto l'attuale rendimenti deigli azionamenti ac dc  non so' se si si risparmia molto.e' un calcolo complesso che va' comunque  preso in considerazione. basti pensare  che anche nella trasmissione ad altissima tensione viene presa sempre piu' spesso questa soluzione.Basti pensare poi a questi vantaggi assenza di problemi di induzione elettromagnetica che in ac per  alte potenze anche se in BT si fanno sentire,  il sistema di recupero di energia durante la frenata dei motori  sarebbe molto migliorato, ed altri.

Modificato: 6 gennaio da ivano65

[mrgianfranco]

13 ore fa, Mario Maggi ha scritto:

Dobbiamo quindi limitare al massimo l'acquisto di energia dall'estero e sfruttare il più possibile le fonti energetiche rinnovabili presenti sul nostro territorio.

Si portano certe regioni al collasso tappezzando i loro territori di torri eoliche e pannelli...senza contare che spesso si acquista energia dall estero solo per un tornaconto economico del gestore e non per necessità...son decenni che la politica non ha un piano energetico a lungo termine e pensa solo a svendere alle multinazionali del kilowatt, cosa succederebbe dovendo ricablare l Italia per cambiare sistema di distribuzione?...non oso pensarci!

 

 

[ivano65]

il problema che per interessi politici si e' spinto oltre il limite l'uso di energia green . ne stava parlando qualche ora fa'  il presidente di nonisma su rai news 24. ha affermato giustamente che alle 17 se non ci fossero state le 54 centrali nucleari francesi a sostenere il carico praticamente dell'intera europa ora  ci sarebbe solo un immenso blakout. quindi se si ripensasse seriamente al nucleare forse questa situazione finìrebbe.

[Mario Maggi]

9 ore fa, ivano65 ha scritto:

per essere  conveniente penso che si deva distribuire la tensione ad almeno 1000 volt

.....e' un calcolo complesso che va' comunque  preso in considerazione. 

ivano65, 

io penso che la tensione normalizzata nel mondo dovrà essere inferiore agli 800 V, per poter utilizzare buona parte degli attuali azionamenti alimentati a 400 .... 480 VAC.

Puoi notare che nei gruppi di lavoro ci sono aziende di tutto il mondo, mancano un po' i cinesi,  quindi la discussione sullo standard sarà ancora lunga e difficile, ma credo che si arrive pompe erà ad un compromesso accettabile. 

Non escludo che per impianti particolari - esempio: impianto con molti compressori e pompe da MW - si possano usare tensioni DC molto più alte.

Ciao, 

Mario 

[Mario Maggi]

11 ore fa, Maurizio Colombi ha scritto:

Saremo sempre nella promiscuità, nell'avere un doppio sistema, nel dov er ri cablare completamente tutto il sistema di distribuzione, nel dover cambiare la gestione di tutti i macchinari ed alcuni macchinari, nel dover acquistare nuove apparecchiature per gestire qualcosa che sta già funzionando...

Chi gliela racconta al commendator Tal dei Tali ......

Caro Maurizio, 

Vediamola così: dalla rete AT alle cabine MT/BT non cambia niente. Chi vuole mantenere le cose allo stato attuale non deve cambiare niente, può continuare a produrre in AC consumando come oggi. Gli imprenditori lungimiranti adotteranno invece la distribuzione in DC su nuovi impianti oppure in fase di ristrutturazione totale con sostituzione dei macchinari., perchè è una soluzione più conveniente e che renderà l'azienda un po' più competitiva e con meno sprechi di materiale ed energetici. 

 

Un'altra considerazione. In questa fase in cui i macchinari vengono resi indipendenti dalla frequenza di rete, è possibile agli OEM che costruiscono macchine di pensare ad una tensione di alimentazione unica valida universalmente, senza pù alcuna distinzione tra macchine per 50 Hz e 60 Hz, con una notevole semplificazione. 

 

Ancora un'altra considerazione: i buoni motori a 50 Hz 400 V possono funzionare benissimo anche a 60 Hz a 480 V, erogando circa il 20% in più della loro potenza nominale a parità di coppia. Ci troveremo GRATIS una maggior potenza disponibile ai motori, oppure la possibilità di ridurli di una taglia. L'inverter non dovrà essere sovradimensionato per la maggior potenza, dato che il dimensionamento dell'inverter è effettuato in corrente e in kVA. 

 

Ciao 

Mario 

[elettromega]

Ciao Ivano  ,questo è un aiuto reciproco .in Francia non possono "accendere o spegnere le centrali" ,quindi sono obbligati di notte a  cedere a basso prezzo la loro energia. Noi di notte "mettiamo in standby' le centrali e aiutiamo i francesi per il loro problema.Mi piacerebbe sapere anche Chi sponsorizza Nomisma.una centrale nucleare moderna per costruirla ci vogliono 15 anni e più di dieci miliardi non di lire.altro discorso i mini reattori.Il mercato libero permette di comprare dove è più conveniente o dove c'è .Per quanto riguarda una nuova azienda ,che parte da zero la cosa sarebbe fattibile dopo che è stato stabilito uno standard su tutto.Le cose si fanno se c'è una convenienza economica e funziona da sé .oppure un imposizione dal alto come le auto elettriche e vediamo i risultati.E' il mercato che stabilisce uno standard ,non sempre il migliore e spesso è già superato da qualcosa di nuovo.

 

[click0]

16 ore fa, ivano65 ha scritto:

basti pensare  che anche nella trasmissione ad altissima tensione viene presa sempre piu' spesso questa soluzione.

la trasmissione in DC in altissima tensione, ha vantaggi e svantaggi, come tutte le soluzioni tecniche

i vantaggi, su, alta potenza / "lunga" distanza, ci sono, infatti, sono soluzioni usate per "punto - punto" in alta potenza

 

questione diversa, la soluzione di distribuzione "normale"

secondo me, ha molto più senso ragionare:  - ogni situazione fa caso a se -

[Livio Orsini]

13 ore fa, click0 ha scritto:

secondo me, ha molto più senso ragionare:  - ogni situazione fa caso a se -

 

concordo!

Le soluzioni perfette per tutto non esistono. Esistono, invece, le soluzioni più adatte secondo il caso specifico.

[Microchip1967]

Una problematica che io vedo è, ad esempio, l'uso  di interruttori magnetotermici che possano aprire correnti in DC senza danneggiarsi o ritrovarsi saldato il contatto.

 

7 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Le soluzioni perfette per tutto non esistono. Esistono, invece, le soluzioni più adatte secondo il caso specifico.

perfettamente d'accordo

Modificato: 7 gennaio da Microchip1967

[Carlo Albinoni]

9 minuti fa, Microchip1967 ha scritto:

l'uso  di interruttori magnetotermici che possano aprire correnti in DC senza danneggiarsi o ritrovarsi saldato il contatto.

E' chiaro che vanno usati interruttori ad hoc che in parte già esistono.

C'è anche  in corso una certa attività normativa per le protezioni per gli impianti DC.

Modificato: 7 gennaio da Carlo Albinoni

[click0]

23 minuti fa, Microchip1967 ha scritto:

l'uso  di interruttori magnetotermici che possano aprire correnti in DC senza danneggiarsi o ritrovarsi saldato il contatto.

non parlava di fusibili?

 

evolvi un po' "la rete" e fai dialogare tre loro i vari drive in modo che non generino mai sovraccarichi

😰