Che cos’è il rifasamento dei quadri elettrici? Cosa significano potenza attiva, potenza reattiva, e potenza reattiva? Come funzionano i quadri di correzione del fattore di potenza?
Benvenuto in questo articolo, oggi parliamo di elettrotecnica, in particolare impareremo diverse nozioni sul rifasamento dei quadri elettrici, una funzione molto importante che permette alle industrie di risparmiare denaro, e avere impianti più performanti.
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Con l’avvento dell’industria 4.0, e oggi ormai della nuova industria 5.0, avere fabbriche e stabilimenti che fanno buon uso dell’energia è diventato un requisito imprescindibile, e trattare l’energia che alimenta i quadri elettrici per rendere il suo consumo più efficace è uno dei compiti che ci si trova ad affrontare.
Il rifasamento del quadro elettrico permette di limitare l’energia impiegata “inutile”, ovvero quella parte di energia che serve sì, a far funzionare alcune apparecchiature, ma che fa lievitare i costi della bolletta elettrica. Ci sono delle soglie di consumo di questa quota di energia che per legge non devono essere superate.
La potenza attiva, reattiva e apparente.
Prima di vedere come funziona un sistema di rifasamento quadri elettrici, vediamo cosa significano alcuni termini coinvolti nel processo, cominciando dalla potenza attiva.
La potenza attiva si misura in KW, e si calcola moltiplicando la tensione per la corrente, e per il CosFi, detto anche fattore di potenza.
Il fattore di potenza è lo sfasamento che esiste tra potenza attiva e potenza apparente, ed è riferito allo sfasamento tra tensione e corrente.
La potenza reattiva è l’energia necessaria a creare i campi magnetici ed elettrici che fanno per esempio muovere i motori; in questo caso parliamo di potenza reattiva induttiva, mentre quando sono presenti condensatori o lunghe sezioni di cavi per il trasporto dell’energia, ecco che ci troviamo di fronte al fenomeno della potenza reattiva capacitiva.
La potenza apparente è il prodotto del valore efficace della tensione e quello della corrente.
In un sistema ideale, la potenza apparente è molto vicina come valore alla potenza attiva, mentre in un sistema poco efficiente, la stessa potenza apparente può essere indice di una grossa parte di potenza reattiva.
Il fattore di potenza: il corretto utilizzo dell’energia.
Il fattore di potenza indica quanto “bene” viene utilizzata l’energia prelevata dal distributore.
Un fattore di potenza di 1 (ideale) significa che tutta l’energia diventa potenza attiva ovvero viene trasformata in lavoro, e che praticamente la potenza reattiva è inesistente; questo nella realtà non avviene quasi mai, dato che motori, macchine per saldare, e altre apparecchiature generano potenza reattiva.
Per fare degli esempi, un grosso motore trifase da 100 KW può avere un fattore di potenza di 0.85, questo significa che per farlo funzionare viene generata una potenza apparente di 100/0.85, ovvero 118 KVA (Kilo Volt Ampere).
Da questi calcoli si rileva che per far funzionare questo motore, si consuma il 18% di energia in più, e questa energia in più viene pagata, inoltre vengono applicate delle penali per valori di potenza reattiva troppo alti, che vanno ad aumentare ulteriormente i costi.
Senza scendere nei dettagli dei calcoli matematici delle variabili rappresentate nel fenomeno che stiamo analizzando, possiamo riassumere i concetti nella figura che segue, e che rappresenta il “famoso” triangolo della potenza.
Da questa immagine si vede come la potenza reattiva vada ad aumentare la potenza apparente, rappresentando essa uno dei lati che determinano l’ipotenusa del triangolo stesso.
Dalla stessa figura notiamo inoltre che un fattore di potenza CosFi (o sfasamento) maggiore corrisponderà a una potenza apparente maggiore.
Per comprendere meglio cosa significano tutti questi termini e rendere il concetto più semplice, possiamo pensare a un bicchiere di birra; questo è l’esempio più utilizzato per esporre la questione del rifasamento anche a chi non è del settore.
La birra rappresenta la potenza attiva, mentre la schiuma rappresenta la potenza reattiva. Chiaramente la schiuma non è birra e non ci disseta, però contribuisce a mantenere l’aroma della stessa, per cui possiamo dire che essa serve comunque alla birra per “funzionare”.
L’altezza totale della birra e della schiuma nel bicchiere rappresenta la potenza apparente.
Ora immaginiamo di acquistare un bel bicchiere di birra in una calda serata: preferiamo un bicchiere pieno di schiuma oppure un bicchiere dove ci sia poca schiuma e la birra sia tanta?
Quali sono le apparecchiature che generano potenza reattiva.
Come accennato in precedenza, ci sono apparecchiature che generano potenza reattiva, e tra queste troviamo i motori, le macchine per saldare, alcuni sistemi di luce ad alta intensità, trasformatori, e fornaci ad arco e a induzione, nonché raddrizzatori di potenza.
I vantaggi del rifasamento del quadro elettrico.
Un sistema di rifasamento permette di risparmiare sull’elettricità, di migliorare e allungare la vita delle apparecchiature, e di aumentare la capacità degli impianti (meno potenza dispersa).
Oltre a questi vantaggi, si eliminano le penali applicate dal distributore di energia, e si contribuisce a ridurre le emissioni di CO2.
Come funziona il rifasamento dei quadri.
Di tipi di impianti di rifasamento ce ne sono diversi, tra questi troviamo quello distribuito, quello a gruppi, e quello centralizzato.
La correzione dello sfasamento della corrente elettrica causato dai carichi induttivi viene eseguita tramite un dispositivo chiamato rifasatore, un circuito che contiene dei condensatori elettrici, e un sistema di regolazione della loro capacità.
I condensatori immagazzinano e rilasciano potenza reattiva, in modo da diminuire quella prelevata dall’impianto.
Nella figura che segue vediamo due modi di applicazione del rifasamento con condensatori: quello in cui essi vengono collegati a stella, e quello in cui si utilizzando collegandoli a triangolo. Per come sono costruiti questi circuiti, la capacità dei condensatori necessaria per quelli collegati a stella è tre volte maggiore di quella calcolata per l’installazione a triangolo, inoltre la tensione di lavoro di questa è un terzo di quella applicata nello stesso sistema a triangolo.
La correzione del fattore di potenza con condensatori sincroni, si riferisce invece a un motore equipaggiato con un condensatore installato in parallelo all’apparecchio, e che limita la potenza reattiva generata dal motore stesso.
