 Cenni sulla Potenza Elettrica |  Nei circuiti elettrici a corrente alternata, la corrente è in fase con la tensione quando siamo in presenza di un carico ohmico (resistenze), mentre è sfasata in ritardo se il carico è induttivo (motori, trasformatori a vuoto) ed in anticipo se il carico è capacitivo (condensatori).
La corrente totale assorbita, ad esempio, da un motore è determinata dalla somma vettoriale di:
1. IR corrente ohmica dovuta alla componente resistiva del carico;
2. IL corrente reattiva dovuta alla componente induttiva del carico.
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| |  A queste correnti sono associate le seguenti potenze:
1) Potenza attiva associata alla parte resistiva del carico;
2) Potenza reattiva associata alla parte induttiva del carico.
La potenza reattiva induttiva avendo valore medio nullo nel periodo non è utile ai fini della produzione di lavoro meccanico e costituisce un carico supplementare per il fornitore di energia, che lo impegna a sovradimen¬sionare i propri generatori e le linee elettriche di distribuzione. Il parametro che definisce l'assorbimento di potenza reattiva induttiva è il fattore di potenza.
Si definisce fattore di potenza (FP) il rapporto tra potenza attiva (P) e potenza apparente (A):
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| | In assenza di armoniche, il fattore di potenza equivale al coseno dell'angolo compreso fra il vettore corrente ed il vettore tensione (cos(fi)). Il cos(fi) diminuisce all'aumentare della potenza reattiva assorbita. Un impianto funzionante a basso cos(fi), presenta i seguenti svantaggi:
1) Elevate perdite di potenza nella trasmissione nelle linee elettriche;
2) Elevate cadute di tensione;
3) Maggior dimensionamento degli impianti di generazione trasporto e trasformazione.
Da quanto esposto si capisce l'importanza di ovviare o almeno ridimensionare gli effetti di un basso fattore di potenza.
I condensatori servono a raggiungere questo risultato.
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| I Condensatori di Rifasamento | Installando una batteria di condensatori è possibile ridurre la potenza reattiva assorbita dai carichi induttivi presenti nell'impianto e di conseguenza innalzare il valore del fattore di potenza.
E' opportuno avere un cos(fi) poco superiore a 0,9 per evitare di pagare le penalità previste dalla legge. Il cos(fi) non deve essere troppo prossimo all'unità, per evitare di avere una corrente in anticipo qualora l'apparecchio rifasato lavori a basso carico (un provvedimento del Comitato Italiano Prezzi proibisce di controfornire energia reattiva alla rete).
Le modalità secondo cui effettuare il rifasamento sono molteplici e la loro scelta è funzione della natura e dell'andamento giornaliero dei carichi, della loro distribuzione nell'impianto e del tipo di servizio.
La scelta va effettuata tra rifasamento distribuito e rifasamento centralizzato.
- Nel caso di rifasamento distribuito, le unità rifasanti sono disposte nelle immediate vicinanze di ogni singolo carico che si vuole rifasare.
- Nel caso di rifasamento centralizzato, si installa un'unica batteria di condensatori a monte di tutti i carichi da rifasare e immediatamente a valle del punto di misura del cos(fi) (ad esempio nella cabina di trasformazione M.T./B.T. o nel Quadro di Distribuzione Principale).
La scelta del tipo di rifasamento più conveniente è dettata dall'andamento giornaliero dei carichi. In molti impianti, non tutte le utenze funzionano contemporaneamente e alcune addirittura funzionano per poche ore al giorno. E' evidente che la soluzione del rifasamento distribuito diventa troppo costosa per l'elevato numero di condensatori che si dovrebbero prevedere. Si lascerebbero inoltre molti di questi condensatori per lungo tempo inutilizzati. Il rifasamento distribuito è conveniente qualora la maggior parte della potenza reattiva richiesta sia concentrata su pochi carichi di grossa potenza che lavorano molte ore al giorno. Il rifasamento centralizzato invece conviene nel caso di impianti con molti carichi eterogenei che lavorano saltuariamente. In tal caso la potenza della batteria risulta inferiore alla potenza complessiva che bisognerebbe prevedere con il rifasamento distribuito. E' opportuno collegare la batteria permanentemente solo se l'assorbimento di energia reattiva durante la giornata è sufficientemente regolare, altrimenti deve essere scollegata al fine di evitare di avere un cos(fi) troppo elevato. Se l'assorbimento di potenza reattiva è variabile durante il funzionamento dell'impianto, è consigliabile prevedere una regolazione automatica a più gradini frazionando la batteria . Si può prevedere la manovra manuale quando la batteria deve essere azionata poche volte al giorno.
La scelta della batteria di condensatori da installare in un impianto e' direttamente dipendente da :
- Valore del cos(fi) che si vuole ottenere ;
- Valore del cos(fi) dell'impianto non rifasato ;
- Potenza attiva installata.
Secondo la relazione
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|  Dove :
Qc potenza reattiva capacitiva da installare (Kvar)
P potenza attiva installata
Q'L QL potenza reattiva induttiva prima e dopo l' installazione della batteria di condensatori
A, A' potenza apparente prima e dopo il rifasa mento
Molto importante può essere il calcolo del rifasamento dei trasformatori MT/ BT; si tratta essenzialmente di un rifasamento che ha lo scopo di compensare la potenza reattiva assorbita dal trasformatore nel suo funzionamento a vuoto.
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| Rifasamento: le armoniche nelle reti elettriche |  Le distorsioni della tensione e della corrente e quindi le armoniche, sono generate da carichi non lineari (inverter, saldatrici ad arco, trasformatori saturati, raddrizzatori ecc ). La loro presenza in rete comporta alcuni tipi di problemi sugli elementi costituenti un impianto:
- Nelle macchine rotanti si ha l'insorgere di coppie parassite (con conseguenti vibrazioni) che ne minacciano la durata meccanica. L'aumento delle perdite provoca riscaldamenti indesiderati con conseguente danneggiamento degli isolamenti.
- Nei trasformatori causano l'aumento delle perdite nel rame e nel ferro con possibile danneggiamento degli avvolgimenti; L'eventuale presenza di componenti continue di tensione o corrente può comportare la saturazione del nucleo con conseguente aumento della corrente magnetizzante.
- I condensatori ne risentono dal punto di vista del riscaldamento e dell'aumento della tensione di alimentazione. Ciò provoca una riduzione della vita media degli stessi.
La forma d'onda della corrente generata da un carico non lineare (fig 1) essendo periodica può essere rappresentata come la somma di più onde sinusoidali (una componente a 50 Hz detta fondamentale ed altre componenti con frequenza multipla della fondamentale dette armoniche).
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| | I condensatori possono sopportare forti sovraccarichi, ma seconda della qualità dei carichi esistenti, il rifasamento con condensatori a volte si può tradurre in un incremento del contenuto armonico. Una soluzione possibile è quella di utilizzare un filtro di sbarramento, che si ottiene ponendo in serie ai condensatori delle reattanze, che spostando la frequenza di risonanza parallelo dell'impianto al di sotto dell'armonica più bassa esistente, sono in grado di proteggere i condensatori, e nel frattempo, evitano risonanze pericolose. Si può anche realizzare un filtro passivo di assorbimento, la sua applicazione viene richiesta quando si vuole la riduzione della distorsione totale di corrente presente nell'impianto. L'utilizzo dei condensatori per rifasamento può essere determinato da diverse esigenze, che generalmente andrebbero verificate con la misurazione di alcune grandezze fondamentali in quantità e qualità (tensione corrente, armoniche). E' noto che le variazioni di caratteristiche dei condensatori, sono incentrate: - sulla costanza nel non variare la loro capacità nel tempo (cioè variando la capacità, varia la frequenza di risonanza serie e questo inconveniente può portare il sistema in condizioni di risonanza parallelo, in questo caso il filtro non solo non assorbe più le armoniche ma le amplifica); – capacità di mantenere inalterato il loro valore capacitivo al variare della temperatura. |
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