Nelle sottostazioni moderne, una progettazione accurata del sistema di alimentazione richiede una chiara comprensione dei carichi istantanei (transitori) e del loro impatto sul dimensionamento delle apparecchiature, in particolare per i caricabatterie nei sistemi a corrente continua. Questo articolo analizza il concetto di carichi transitori, le loro implicazioni e come calcolare correttamente la capacità del caricabatterie in tali condizioni.

1. Che cosa è un carico istantaneo (transitorio)?

Un carico transitorio si riferisce a un evento di breve durata e di elevata richiesta di potenza, che in genere dura da pochi millisecondi a diversi secondi. Questi carichi sono caratterizzati da:

(1)Corrente o potenza di elevata ampiezza

(2)Breve durata

(3)Tempistica imprevedibile

Esempi comuni:

Correnti di spunto durante l'avviamento del motore o l'energizzazione del trasformatore (fino a 5–10 volte la corrente nominale)

Commutazione di sovratensioni da saldatrici o apparecchiature a induzione ad alta frequenza

Eventi di guasto, come fulmini o cortocircuiti, che causano picchi di carico brevi ma intensi

2. Perché i carichi transitori sono importanti?

(a) Impatto sulle apparecchiature elettriche

I componenti elettrici come interruttori automatici, trasformatori e cavi devono essere classificati per gestire:

correnti di picco sopportabili

Stress termico durante le sovratensioni:
In caso contrario, si potrebbero verificare guasti all'isolamento, surriscaldamento o guasti alle apparecchiature.

(b) Sfide per i dispositivi di protezione

I relè di protezione possono interpretare erroneamente i carichi transitori come condizioni di guasto. È fondamentale:

Impostare soglie di protezione appropriate

Distinguere tra transitori normali e guasti effettivi

3. Come calcolare la capacità del caricabatterie (sistemi CC delle sottostazioni)

Scenario:

Un caricabatterie fornisce energia a un sistema CC che supporta le batterie, la protezione di controllo e i carichi di emergenza. Un dimensionamento corretto deve tenere conto di:

Richiesta di carica della batteria

Carichi CC in stato stazionario

Carichi transitori potenziali (istantanei)

4. Calcolo passo dopo passo

(a) Determinare la corrente di carica

Per le batterie al litio o al piombo, la carica a corrente costante è in genere compresa tra 0,1C e 0,2C, dove C è la capacità nominale (Ah).

Esempio:
Capacità della batteria = 200Ah
Corrente di carica = 0,1C = 20A

(b) Calcola la potenza di carica

Tensione di carica = 2,35 V/cella × 110 celle = 258,5 V
Potenza di carica = 20 A × 258,5 V = 5,17 kW

(c) Aggiungere altri carichi

Carico a regime stazionario: ad esempio, dispositivi di controllo/protezione ≈ 1 kW

Carico transitorio: ad esempio, chiusura dell'interruttore automatico ≈ 3 kW (breve durata)

(d) Tenere conto del margine di efficienza e sicurezza

Efficienza del caricabatterie (η): in genere 85%

Fattore di margine: solitamente 20-30%

5. Formula finale

P _{caricabatterie} =P _ricarica +P _{carico regolare} +P _{carico transitorio /} η ×(1+margine)

6. Calcoli di esempio

Caso A: la carica e il carico transitorio non si sovrappongono

Potenza di carica = 5,2 kW

Carico normale = 1 kW

Carico transitorio = escluso

P=(5,2+1)×1,2/0,85≈8,75 kW⇒seleziona caricabatterie da 10 kW

Caso B: la carica e il carico transitorio si verificano simultaneamente (scenario peggiore)

Carico transitorio = 3kW inclusi

P=(5,2+1+3)×1,2/0,85≈13,06 kW⇒seleziona caricabatterie da 15 kW

Conclusione

Progettare in condizioni di carico transitorie è essenziale per garantire l'affidabilità della sottostazione. Sottostimare i picchi di domanda può portare a guasti delle apparecchiature e tempi di inattività del sistema. Nel calcolare la capacità del caricabatterie, considerare sempre:

Requisiti per la ricarica della batteria

Sovrapposizione del carico stazionario e transitorio

Efficienza e margini di sicurezza

Grazie a queste considerazioni, è possibile garantire che i sistemi di alimentazione CC funzionino in modo sicuro, efficiente e affidabile, anche durante sovratensioni momentanee.