L'apparecchiatura
I banchi di carico sono dispositivi progettati per applicare carichi elettrici al fine di verificare l'erogazione di energia elettrica. Simulano condizioni variabili di carico elettrico che possono essere controllate, misurate e registrate con precisione.
Lo scopo di questi dispositivi è provare il sistema di protezione dell'alimentazione, e i suoi componenti, in condizioni di carico ma senza mettere a rischio l'alimentazione dei carichi protetti.
L'apparecchiatura ha una struttura metallica ed è composta da resistenze di grande potenza dotate di un sistema di dissipazione del calore (raffreddamento). Dispone di ventilatori che evacuano il calore generato e di un'elettronica piuttosto completa, che consente di regolare il carico con incrementi minimi di 1 kW. Un software elabora tutte le informazioni raccolte durante la prova e restituisce successivamente un rapporto sul funzionamento del generatore lungo l'intero processo.
L'ammortamento diretto è praticamente nullo, mentre la qualità del servizio migliora in misura considerevole.
Applicazioni
• Prova di gruppi elettrogeni (in fabbrica).
• Prove di sistemi UPS.
• Prove di sistemi di batterie.
• Riduzione dei problemi di carbonizzazione dei motori diesel.
• Prove periodiche di gruppi elettrogeni di riserva o di emergenza.
• Prove di impianti di «terra».
• Prove di turbogeneratori.
Amperis offre banchi di carico per applicazioni diverse e di capacità differenti, resistivi o reattivi.
I banchi di carico possono essere portatili, a installazione fissa, montati su rimorchio per l'impiego all'esterno oppure montati sul radiatore.
Tra le applicazioni elencate, le più rilevanti sono le seguenti:
- Prova di fabbricazione: I banchi di carico, abbinati a un gruppo elettrogeno, permettono di caricare il gruppo per evitare incrostazioni nei motori diesel e l'usura prematura, in particolare alle basse potenze.
- Prova del generatore: I generatori e gli altri motori che producono energia elettrica per sistemi di emergenza (ospedali, data center, ...) devono essere provati ogni mese. Queste prove si eseguono mediante banchi di carico, che consentono di determinare la capacità di funzionamento e la reattività all'avviamento.
- Manutenzione delle batterie di accumulatori: Il banco di carico consente di scaricare la batteria per evitarne l'usura prematura. Viene impiegato soprattutto nei laboratori elettrici, sui banchi di prova, nei data center e nelle telecomunicazioni.
- Banco di prova: I banchi di carico si utilizzano per provare e regolare i dispositivi di protezione e di interruzione.
- Riduzione dei problemi di carbonizzazione dei motori diesel: Uno degli impieghi più rilevanti dei banchi di carico è eliminare o ridurre l'accumulo di carbone all'interno dei cilindri dei motori diesel nei gruppi elettrogeni di emergenza o di riserva, dovuto al carico basso o nullo con cui essi funzionano per la maggior parte della loro vita utile (un caso estremo sono i generatori di emergenza, che di norma vengono avviati periodicamente per verificarne il funzionamento ma senza collegare alcun consumo).
La causa principale di guasto di un motore diesel è la «carbonizzazione», ossia l'accumulo di combustibile incombusto sui pistoni del motore, che si verifica quando il generatore funziona a carico ridotto. A questo si aggiungono altri effetti negativi: fuoriuscite di fumo, problemi nel sistema di alimentazione del combustibile e degrado dell'olio lubrificante, tutti fattori che riducono l'affidabilità e aumentano i costi di esercizio.
I motori diesel che funzionano a carico molto basso o a vuoto per lunghi periodi non raggiungono mai la temperatura di esercizio raccomandata. Con il tempo il combustibile incombusto, sotto forma di carbone, ricopre la camera di combustione e riduce la capacità nominale, il rendimento e la vita utile del motore. Il motore deve quindi essere sottoposto a una sollecitazione periodica, perché questi residui ne fanno diminuire le prestazioni o possono addirittura provocare avarie. Applicando un carico prossimo al limite di potenza del gruppo elettrogeno si ottiene la combustione di tutti questi residui e si mantiene il motore in condizioni ottimali, garantendone il funzionamento in un ambiente reale.
Un programma di manutenzione preventiva che comprenda prove sotto carico dell'impianto di generazione riduce gli effetti nocivi della «carbonizzazione» e prolunga la vita utile del motore.
Mercati
• Petrolio e gas
• Trasmissione e distribuzione
• Industria
• Energia
• Nucleare
• Data center
• Energie rinnovabili
Importanza
Sia il settore commerciale sia quello manifatturiero sottolineano che un programma di manutenzione preventiva è indispensabile perché un generatore di emergenza o di riserva funzioni in modo affidabile. I banchi di carico diventano una parte essenziale di tali programmi, poiché offrono un mezzo pratico per provare i sistemi di alimentazione senza dover interrompere i carichi critici. Provare correttamente il sistema di generazione di riserva di un impianto è un modo per individuarne le debolezze.
I banchi di carico convertono l'energia elettrica in calore. Gran parte di questo calore viene dissipata da un ventilatore di raffreddamento. L'armadio, tuttavia, tende ad assorbirne una quota e deve quindi essere costruito con un materiale in grado di sopportare tali condizioni termiche.
Che cos'è la prova con banco di carico?
La prova inizia avviando lentamente il generatore e portandolo a funzionare dal 25 % al 100 % della sua capacità, in modo che qualsiasi problema presente diventi evidente. In molte applicazioni gli UPS sono importanti perché alimentano i carichi e ne consentono il funzionamento durante un'interruzione di rete. Per questo si eseguono prove con banco di carico, per accertare che l'UPS soddisfi i requisiti di funzionamento previsti nel momento in cui è più necessario. La prova con banco di carico è quindi la forma più efficace di manutenzione preventiva per validare il corretto funzionamento e l'autonomia della batteria del sistema UPS, provando UPS e generatore in condizioni di carico.
Le prove con banco di carico servono anche a determinare lo stato delle batterie e dei pacchi batteria degli UPS. Con il banco di carico si verifica se vi sono singoli elementi vicini alla fine della vita utile: è così possibile sostituirli prima che l'applicazione critica ne subisca le conseguenze, evitando guasti futuri. È un aspetto importante, perché un insieme di batterie in un UPS è forte quanto il suo elemento più debole.
Per provare interi sistemi UPS si impiega un banco di carico in corrente alternata, mentre per provare le batterie si utilizza un banco di carico in corrente continua. Sono disponibili anche banchi di carico reattivi, di norma con fattore di potenza 0,8 induttivo, che tendono però a essere più grandi e più pesanti.
Risultati della prova
La prova con banco di carico garantisce che i componenti del sistema di protezione dell'alimentazione funzionino correttamente e lo facciano in modo coordinato quando è richiesto loro di sostenere un carico critico.
Con le misure acquisite durante la scarica è possibile determinare le prestazioni della batteria e del sistema. Una prova con banco di carico individua i problemi del generatore e dell'UPS e indica le azioni correttive da intraprendere. Nel caso di un generatore di riserva, la prova con banco di carico fornisce numerose informazioni: la capacità del motore di erogare la potenza richiesta, la stabilità della frequenza, l'efficienza dei sistemi di controllo in condizioni di carico variabile, il comportamento del sistema e la pressione dell'olio e del combustibile. Contribuisce inoltre a eliminare i depositi sui pistoni, le fusioni e le perdite del motore, a individuare le potenziali debolezze e a documentare i risultati e gli eventuali interventi necessari.
Durante la prova occorre tenere conto della dissipazione del calore e dell'attenuazione del rumore.
Vantaggi
• Garantire che i generatori funzionino al 100 % della capacità.
• Ridurre il rischio di guasto del generatore durante un'emergenza.
• Ridurre la probabilità di guasti meccanici.
• Aumentare la durata e il rendimento del motore.
• Pulire il generatore.
Tipi
15 kW – 400 V
600 kW
Tipo tunnel