Introduzione alla power quality

“Power quality” è una delle espressioni più in voga nel mondo dell’efficienza energetica negli ultimi tempi, e forse anche una delle più oscure. Con questa espressione infatti, si fa riferimento ad un complesso di attività che riguardano l’interazione tra un sistema elettrico e i carichi che alimenta. Immaginando un rapporto cliente-fornitore, il carico è il cliente che riceve dal sistema (il fornitore) una potenza elettrica con una certa qualità. Il funzionamento del carico è influenzato dalla qualità della potenza e a sua volta il carico può generare dei disturbi diretti verso il sistema.

Quando si parla di power quality, in effetti, ci si riferisce sia alla qualità della tensione che della corrente: è una misura di quanto queste due grandezze si discostano dalla forma d’onda ideale in termini di frequenza, ampiezza o fase.

Le cause di disturbo possono essere molteplici: lo scostamento dell’ampiezza della tensione è causato dalla variazione di potenza attiva e reattiva assorbita dai carichi, dall’azione di trasformatori con rapporto variabile sotto carico o dalla connessione di carichi capacitivi o induttivi.

Lo scostamento di frequenza, invece, è causato dalla presenza di carichi non lineari e di trasformatori in saturazione: in questo caso si genera il fenomeno delle armoniche, ovvero di onde di tensione con frequenza pari a multipli di quella fondamentale (che in Italia è 50 Hz).

Avere una power quality insufficiente causa molti problemi nei processi industriali, tra cui:

  • danni ai macchinari, ad esempio il surriscaldamento dei motori elettrici causa un accorciamento della loro vita utile;
  • non conformità nella produzione, perché le macchine non lavorano alle condizioni di progetto;
  • interruzioni della produzione, a causa dell’intervento dei sistemi di sicurezza che disconnette la linea o il macchinario;
  • maggiori costi energetici per i maggiori consumi e per le possibili penali applicate dal gestore di rete.

Il primo passo per evitare di incorrere in questi problemi è certamente la realizzazione di una campagna di misura per verificare la presenza di fenomeni di disturbo e valutarne l’entità. Le misure devono essere eseguite durante il funzionamento dei carichi, e protratte per un periodo di tempo significativo.

Le misurazioni dovranno riguardare diversi aspetti della qualità della potenza tra cui:

  • misura della tensione: frequenza, ampiezza, tensione fase-neutro e fase-terra e buchi;
  • verifica delle armoniche di tensione, ovvero calcolo del THD (Total Harmonic Distortion);
  • misura delle correnti di fase.

Per ciascuna grandezza vanno stabiliti dei limiti oltre i quali è necessario intervenire. Non esistono regole fisse, ma la normativa tecnica indica alcuni parametri per orientarsi: ad esempio, bisogna assicurarsi che le variazioni di tensione non superino il 10% rispetto al valore nominale, che lo squilibrio tra le fasi sia inferiore al 3% e che il valore di THD sia contenuto entro il 5%. Può sembrare ovvio, ma è fondamentale che le misure siano realizzate con apparecchi che rispondono agli standard e seguendo le procedure previste.

Una volta raccolti e analizzati i dati si decide come intervenire. Si potrà procedere, ad esempio, a modificare o sostituire trasformatori, quadri e cavi elettrici, ad installare rifasatori vicino alle apparecchiature, o stabilizzatori di tensione o filtri statici o dinamici per le armoniche. Sul mercato oggi esistono molti apparecchi, alcuni dei quali sono in grado di assolvere contemporaneamente a più di una di queste funzioni.

La scelta del tipo di macchina da installare e la sua collocazione devono essere effettuate con grande attenzione, perché non sempre è necessario ricorrere allo strumento più complesso e perché lo strumento di power quality non diventi un “rallentatore di innovazione”. Spesso infatti, prima di ricorrere a queste macchine è possibile agire per eliminare le cause stesse del disturbo, ad esempio cambiando un motore elettrico danneggiato o una linea di produzione obsoleta.

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