Il rifasamento degli impianti elettrici

Perchè si esegue il rifasamento di un impianto elettrico?

Gli impianti elettrici devono essere dimensionati in relazione alla potenza apparente S ossia al prodotto della tensione per la corrente (U x I). Per taluni utilizzatori (lampade ad incadescenza, forni a resistenza ecc) tutta la potenza apparente assorbita è utilizzata come potenza attiva (P), mentre in altri utilizzatori (motori, saldatrici, lampade fluorescenti, ecc), parte della potenza apparente assorbita, detta potenza reattiva (Q), è utilizzata per eccitare i circuiti magnetici e non può essere quindi impiegata come potenza attiva per compiere lavoro.

Il rapporto tra la potenza attiva e la potenz apparente esprime il fattore di potenza cos φ, ossia lo sfasamento esistente tra tensione e coorente quando l'utulizzatore assorbe potenza reattiva.

Il fattore di potenza è pertanto uguale a 1 quando tutta la potenza apparente corrisponde alla potenza attiva ed è inferiore a 1 quando parte della potenza apparente è costituita da potenza reattiva e parte dalla potenza attiva.

P = S x cos φ
Q = S x sen φ
S = U x I

Nei generatori, nei trasformatori, in tutti i conduttori di alimentazione, la quota di potenza apparente da fornire all'utilizzatore interessato, le cadute di tensione e le perdite di energia, risultano tanto maggiori quanto più basso è il fattore di potenza.

Per contenere le cadute di tensione e le perdite, occorre dimensionare gli impianti a monte dell'utenza tenendo conto anche della maggior corrente dovuta al basso fattore di potenza, con conseguenti maggiori oneri. Per tali motivi gli Enti che forniscono l'energia elettrica prevedono maggiorazioni del prezzo dell'energia elettrica per basso fattore di potenza.

Il sistema di tariffazione dell'energia reattiva è strutturato in modo che la quota di energia reattiva assorbita inferiore o uguale al 50% dell'energia attiva prelevata (corrispondente ad un cos φ = 0,9) è gratuita, mentre per la quota parte successiva l'Ente distributore effettua un addebito extra.

Il fattore di potenza può essere migliorato utilizzando le macchine in modo razionale. In particolare:

- usando motori e trasformatori correttamente dimensionati, in modo che non debbano funzionare troppo a lungo a carico ridotto;

- non lasciando motori e trasformatori in funzione senza carico;

- evitando di mantenere in esercizio motori difettosi.

Quando tali accorgimenti non mifgliorano sufficientemente il fattore di potenza, occorre effettuare un rifasamento.

Per effettuare un rifasamento si ricorre normalmente ai condensatori statici. La potenza dei condensatori necessari per rifasare un impianto utilizzatore dev'essere calcolata in modo da conseguire l'effetto desiderato, senza però incorrere in eccessi di potenza reattiva generata. Si ricorda in particolare, che in nessun caso, secondo le vigenti normative, l'impianto dell'utente deve erogare potenza reattiva verso la rete del distributore.

Per esempio con un incremento del fattore di potenza da 0,7 a 0,9 le perdite si riducono del 40% circa.

Tipi di rifasamento

I condensatori possono essere installati in ogni punto dell'impianto in cui il fattore di potenza risulta basso, per fornire in quel punto l'energia reattiva richiesta al rifasamento.

Per la scelta della migliore ubicazione è bene tenere conto di alcuni fattori:

- tipi dei carichi: potenza, fattore di potenza, durata e variabilità del prelievo;

- ubicazione dei carichi: concentrazione o dispersione, lunghezza delle linee di alimentazione;

- contemporaneità dell'utilizzazione dei diversi carichi.

In base a tali fattori si possono indicare tre principali schemi di rifasamento.

1) Rifasamento distribuito

Consiste nell'installare un condensatore di adeguata potenza in parallelo ad ogni utilizzatore funzionante con basso fattore di potenza.

2) Rifasamento per gruppi

Consiste nell'installare uno o più condensatori di potenza complessiva adeguata per ogni gruppo di apparecchi alimentati da uno stesso cavo o disposti in uno stesso reparto.

3) Rifasamento centralizzato

Consiste nell'installare una batteria di condensatori unica per tutto l'impianto.
la batteria in genere ripartita in più gruppi di condensatori inseribili singolarmente, mediante un apposito dispositivo di regolazione automatica, in modo da evitare di fornire alla rete potenza reattiva. Questo schema di rifasamento appare il più semplice, ma non riduce le cadute di tensione e le perdite dell'impianto a valle dal punto in cui è inserita la batteria, per cui si adatta bene ad impianti poco estesi.

4) Rifasamento misto

In pratica, risulta molto spesso opportuno ricorrere ad un rifasamento misto: cioè in parte distribuito presso gli apparecchi utilizzatori di potena maggiore, in parte all'inizio di certi cavi che alimentano gruppi di apparecchi, e per la restante parte centralizzato a valle del gruppo di misura.

I condensatori per rifasamento

I condensatori per rifasamento a bassa tensione sono costituiti da elementi capacitivi di tipo sia autorigenerabile, sia non autorigenerabile contenuti in involucri provvisti di morsetti di collegamento al circuito da rifasare e, nel caso di involucro metallico, di morsetti per la messa a terra.

Sono disponibili sia unità monofasi sia unità trifasi: queste ultime sono spesso costituite da unità monofasi già collegate a triangolo e pronte per l'inserzione sulla rete trifase.
Nell'odinazione si dovranno indicare le seguenti caratteristiche:

- tipo di alimentazione (trifase o monofase);

- potenza nominale (in kVar);

- tensione nominale (verificare quale è il valore effettivo nel punto previsto di inserzione);

- temperatura ambiente di funzionamento (massimo valore medio, per 24h: 45°C);

- eventuale dotazione di dispositivi di inserzione e disinserzione automatica;

- necessita del dispositivo di scarica, atto a ridurre, per ragioni di sicurezza, alla disinserzione la tensione ai morsetti del condensatore nei tempi definiti dalle norme.

Manutenzione dei dispositivi di rifasamento

La manutenzione dei dispositivi di rifasamento si riduce alla pulizia periodica degli isolatori. E' bene controllare periodicamente la temperatura della custodia dei condensatori e ricercare, per eliminarle, le cause di un eventuale surriscaldamento.

Periodicamente è opportuno controllare che la potenza assorbita dal condensatore e dalla batteria, corrisponda a quella di targa; potenze assorbite inferiori alla normale sono indizio di danneggiamenti al dielettrico.

Prima di accedere ad un condensatore si devono in ogni caso collegare in cortocircuito tra loro e a terra i relativi morsetti.