Autore: Federico Re Ferrè
Punti chiave
- Il rifasamento industriale riduce lo sfasamento tra tensione e corrente negli impianti con carichi induttivi.
- Un basso fattore di potenza genera penali, perdite per effetto Joule e maggiori costi infrastrutturali.
- La potenza reattiva non produce lavoro utile ma occupa capacità nella rete elettrica.
- I condensatori forniscono localmente energia reattiva migliorando l’efficienza energetica dell’impianto.
- Un corretto rifasamento consente risparmio economico e ottimizzazione tecnica dell’impianto industriale.
In ambito civile la potenza elettrica impiegata è quasi totalmente attiva ovvero la potenza misurata in kW. In ambito industriale però la presenza di carichi induttivi comporta uno sfasamento tra tensione e corrente ovvero le onde di tensione e corrente raggiungono il picco in momenti diversi.
La potenza attiva assorbita per un carico monofase è quindi calcolata come: P = |V| |I| cos(ф)
In questa formula: ф è l’angolo di sfasamento tra la tensione e la corrente.
Il cos(ф) viene talvolta indicato anche come fattore di potenza nel caso di carichi lineari. Lo sfasamento è presente sia per una singola macchina, come un motore elettrico, sia per un intero edificio. Abbiamo quindi tre potenze:
- attiva;
- reattiva;
- apparente.
Indice
- Il triangolo delle potenze
- Perché la potenza reattiva rappresenta un costo per la rete
- Fattore di potenza e sistema tariffario: quando scattano gli addebiti
- Cos’è il rifasamento industriale e come funziona
- Quali sono i metodi di rifasamento
- I vantaggi del rifasamento industriale per aziende e gestore di rete
- Domande frequenti riguardanti il rifasamento
- Il rifasamento industriale come leva di efficienza energetica
Il triangolo delle potenze
Le potenze sono rappresentabili con un triangolo nel quale lo sfasamento tra potenza attiva e potenza apparente è lo stesso presente tra tensione e corrente.
Figura 1. Rappresentazione delle potenze: le potenze formano un triangolo rettangolo tale per cui S² = P² + Q²
Perché la potenza reattiva rappresenta un costo per la rete
La potenza che produce lavoro e viene effettivamente pagata è quella attiva ma le linee trasportano anche quella reattiva. Per astrarre meglio questo concetto si pensi alla seguente analogia: un bicchiere di limonata con ghiaccio.
Quello che noi vogliamo e paghiamo quando ordiniamo la bibita è la limonata, quello che ci viene servito è un insieme di limonata e ghiaccio; maggiore è il ghiaccio, minore è la limonata presente nel bicchiere quindi vorremmo una giusta dose di ghiaccio per tenere la bibita fresca ma non troppo ghiaccio che riduca eccessivamente la limonata.
In questa analogia il bicchiere è la capacità della linea elettrica: troppo ghiaccio ti costringe a ordinare più bicchieri per dissetarti così come una potenza reattiva troppo alta implica aumentare la sezione dei conduttori per poter trasportare maggior potenza attiva.
Differenze tra ambito civile e ambito industriale
In ambito residenziale una buona parte dei carichi è puramente resistivo (boiler elettrici, ferri da stiro, forni tradizionali, lampade a incandescenza, asciugacapelli) e non c’è un grande carico reattivo.
In ambito industriale invece i carichi sono in generale più alti e la componente reattiva è considerevole a causa della presenza di motori e trasformatori in cui oscilla energia tra circuito e campo magnetico. Così come il ghiaccio nella limonata non è inutile poiché migliora la bibita anche la potenza reattiva non è inutile poiché è necessaria al mantenimento dei campi magnetici indispensabili per il funzionamento di motori elettrici e trasformatori.
Fattore di potenza e sistema tariffario: quando scattano gli addebiti
Il gestore della rete elettrica ha quindi interesse a mantenere bassa la potenza reattiva poiché non viene pagata direttamente dall’utilizzatore finale ma “occupa spazio” nella rete elettrica a discapito di quella attiva.
Il sistema di tariffe tende a premiare chi ha quindi dei fattori di potenza vicini a 1. Fattori di potenza bassi comportano alte potenze reattive e di conseguenze correnti maggiori; correnti maggiori si traducono in maggiori perdite per effetto Joule (le perdite sono proporzionali al quadrato quindi l’aumento del 20% di corrente comporta il 44% di dissipazione in più e il 50% di corrente quasi il doppio delle dissipazioni) quindi maggior costo di trasporto per la rete.
Inoltre, trasformatori e cavi devono essere dimensionati anche per la componente reattiva e devono quindi essere più robusti (e quindi più costosi) in presenza di potenze reattive maggiori.
Questo insieme di spese e oneri infrastrutturali sono a carico del gestore di rete che quindi incentiva gli utilizzatori a essere maggiormente virtuosi adottando fattori di potenza maggiori di 0,9. In casi di fattori di potenza inferiori a 0,7 può anche richiedere il rifasamento industriale.
| Energia reattiva prelavata | cos(ф) | Costo |
| EQ ≤ 0,5 E | ≈ 0,9 | Nessun costo |
| 0,5 E < EQ ≤ 0,75 E | 0,8 | Addebito a tariffa c1 della quota Eadd= EQ – 0,5 E |
| 0,75 E < EQ ≤ E | ≈ 0,7 | Addebito a tariffa c2>C1 della quota Eadd= EQ – 0,5 E |
| EQ > E | < 0,7 | Richiesto rifasamento |
Cos’è il rifasamento industriale e come funziona
Al fine di risolvere il problema dello sfasamento si attua il cosiddetto rifasamento industriale che consiste nell’installare dei condensatori in parallelo ai carichi: i condensatori funzionano come dei fornitori di potenza reattiva che quindi non deve essere fornita interamente dalla rete.
Minor potenza reattiva fornita dalla rete si traduce in minor corrente per il gestore di rete che può quindi risparmiare senza dover imporre addebiti. I condensatori sono funzionali al rifasamento industriale poiché forniscono una corrente in anticipo sulla tensione contrastando quindi l’effetto di sfasamento della rete.
Quali sono i metodi di rifasamento
Il rifasamento industriale può essere di diversi tipi:
- Distribuito: ogni carico viene rifasato localmente installando un condensatore; è una soluzione efficace ma anche onerosa;
- Per gruppi: l’impianto è suddiviso in più parti ognuna delle quali viene dotata di una batteria di condensatori;
- Centralizzato: un’unica batteria di condensatori posta a monte dell’impianto; i condensatori vengono inseriti al crescere del carico in seguito ad una misurazione che determina il cos(ф) e determina se inserire o disinserire i gradini di condensatori.
Solitamente il rifasamento industriale mira ad ottenere un fattore di potenza prossimo a 0,95. Oltre al fatto che un fattore unitario è impossibile da raggiungere si deve considerare anche il rischio di sovra-rifasare ovvero avere un cos(ф) maggiore di 1 che porterebbe a problemi di sovra-tensione e malfunzionamenti.
Figura 2. I condensatori non riducono il fabbisogno di energia reattiva del carico ma lo forniscono loro sgravando la rete di parte del contributo reattivo.
I vantaggi del rifasamento industriale per aziende e gestore di rete
Il rifasamento consente quindi all’utente di compensare da sé la potenza reattiva necessaria senza chiederla totalmente al gestore, che quindi può avere una rete di distribuzione più efficiente e meno costosa.
In conclusione, il rifasamento industriale rappresenta una soluzione vantaggiosa sia per l’utente finale che per il gestore di rete.
L’utente industriale evita le penali e riduce le perdite nei propri cavi, mentre il gestore può operare una rete più efficiente con minori dissipazioni e infrastrutture dimensionate in modo ottimale.
È importante comprendere che i condensatori di rifasamento non eliminano la potenza reattiva necessaria al funzionamento di motori e trasformatori, ma la forniscono localmente, evitando che debba essere trasportata per chilometri attraverso la rete elettrica.
Questo semplice principio, generare l’energia reattiva dove serve anziché trasportarla da lontano, è alla base dell’efficienza energetica degli impianti industriali moderni.
Domande frequenti riguardanti il rifasamento
Quali valori del fattore di potenza sono critici?
Sopra 0,9 non c’è nessun problema per il gestore di rete, tra 0,7 e 0,9 ci sono solitamente degli addebiti addizionali, sotto 0,7 può invece essere richiesto il rifasamento.
Il rifasamento riduce anche il consumo effettivo di energia elettrica che pago in bolletta?
Non direttamente. Il rifasamento riduce le penali sulla bolletta derivanti da un basso fattore di potenza, ma non diminuisce l’energia attiva consumata dalle macchine per svolgere il loro lavoro utile. Tuttavia, ci sono benefici indiretti: riducendo la corrente che circola nei cavi interni all’impianto, si riducono le perdite per effetto Joule nei cavi stessi (perdite che sono comprese nella bolletta).
Quali carichi comportano una potenza induttiva?
Macchine come motori elettrici e trasformatori necessitano di una potenza induttiva mentre macchine puramente resistive, quali boiler elettrici, forni elettrici, alcuni tipi di luci non utilizzano potenza resistiva.
Il rifasamento industriale come leva di efficienza energetica
Il rifasamento industriale è un intervento tecnico che migliora il fattore di potenza, riduce le perdite e consente alle aziende di evitare penali legate all’energia reattiva.
Compensare localmente la potenza reattiva significa rendere l’impianto più efficiente, stabile e meno costoso nel tempo.
Se vuoi verificare il fattore di potenza del tuo impianto o valutare un intervento di rifasamento industriale, contatta il team Enertech per un’analisi tecnica e una consulenza dedicata.
