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In questa guida spieghiamo quali sono le caratteristiche del condensatore di rifasamento e vediamo quali risultano essere i prezzi dei vari prodotti.
Il rifasamento è un mezzo per utilizzare correttamente l’energia elettrica e per risparmiare denaro, attraverso l’ottimizzazione del fattore di potenza delle utenze elettriche.
Queste considerazioni interessano tutti gli utenti, siano essi artigianali, industriali, commerciali o agricoli: tutti quelli, cioè, che fanno uso di apparecchiature elettriche funzionanti con un basso fattore di potenza.
Tra queste, le principali sono i motori asincroni, le saldatrici, le lampade fluorescenti e i trasformatori.
Svantaggi Basso Fattore di Potenza
Non è facile spiegare cos’è il fattore di potenza di un’utenza elettrica.
Per capirlo in modo semplice e immediato si deve ricordare che tutti gli impianti elettrici, che alimentano le utenze elettriche, devono essere dimensionati in proporzione alla potenza apparente S, la quale corrisponde al prodotto tra tensione V e corrente I. Ed è in funzione della potenza apparente che si pagano le bollette all’ente erogatore dell’energia elettrica.
In alcune utenze (quali le lampade a filamento, gli scaldacqua, i forni…) la potenza apparente assorbita è tutta potenza attiva. Queste sono le potenze che da un punto di vista elettrico sono completamente resistive, cioè assimilabili a una resistenza pura. La potenza attiva P è quella impiegata per produrre nel tempo energia attiva, utilizzata nelle varie forme: lavoro meccanico, calore, luce. Invece nei circuiti con avvolgimenti (motori, saldatrici, lampade fluorescenti, trasformatori…) una parte della potenza apparente assorbita viene impiegata per eccitare i circuiti magnetici e non è quindi impiegata come potenza attiva (quella cioè che compie il lavoro utile), bensì come potenza magnetizzante generalmente chiamata potenza reattiva Q. Queste sono le potenze induttive o ohmico-induttive (cioè con una componente ohmica e un’induttiva).
Il fattore di potenza è il rapporto tra potenza attiva P e potenza apparente S, è uguale a 1 con utenze di tipo ohmico, inferiore a 1 in quelle ohmico-induttive. Il fattore di potenza si indica anche come cosf.
Quando P è di molto inferiore a S si ha un basso cosf. Questo significa che la parte di energia reattiva Q (cioè quella sprecata senza creare un lavoro utile) assume un peso rilevante. Quindi un’utenza con un basso cosf richiede alla rete più potenza apparente (e quindi assorbe più corrente) di quanta ne richiederebbe con un cosf più elevato.
Nei circuiti induttivi o ohmico-induttivi (generatori, motori, trasformatori, conduttori di alimentazione….) la quota di S da fornire all’utenza interessata, le cadute di tensione (per la maggior corrente) e le perdite di energia, risultano tanto maggiori quanto più basso è il cosf. Gli impianti elettrici sono, in questo caso, dimensionati tenendo conto della maggior corrente dovuta al basso cosf, con conseguente spreco di risorse. Per questa ragione in tutti i paesi si fa pagare di più l’energia prelevata con un basso cosf.
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Come si migliora il fattore di potenza
Si può migliorare il cosf 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 perché in queste condizioni di funzionamento il cosf assume valori estremamente bassi;
-evitando di tenere in esercizio motori difettosi.
Quando tali accorgimenti non migliorano sufficientemente il cosf si ricorre al rifasamento. Per farlo si usano generalmente i condensatori statici. Mentre le macchine e gli apparecchi con avvolgimenti assorbono, per il loro funzionamento, potenza reattiva, un condensatore inserito in un circuito elettrico genera tale tipo di potenza. Si ha così una forma di compensazione e il cosf del sistema risulta migliorato. In altre parole si dice che la potenza reattiva capacitiva generata dai condensatori compensa quella reattiva induttiva assorbita dai circuiti induttivi.
Per potenziarne gli effetti, i condensatori vengono sempre collegati a triangolo, poiché in questo modo ai capi dei condensatori viene applicata la tensione concatenata ottenendo, a parità di condensatori, una più elevata potenza reattiva capacitiva; parametro proporzionale al quadrato della tensione applicata.
L’apporto di potenza reattiva fornita dai condensatori consente quindi
-una diminuzione della potenza reattiva complessiva richiesta alla rete
-una conseguente diminuzione della potenza apparente e, quindi, della corrente richiesta
-minori cadute di tensione e perdite negli impianti a monte e, in particolare, nei conduttori di alimentazione.
Le minori perdite dell’impianto determinano quindi un risparmio energetico. Questo consente di ammortizzare in fretta i costi di installazione dell’impianto di rifasamento necessario per ottimizzare il cosf.
La normativa sugli impianti elettrici, vigente in Italia, stabilisce che il cosf non possa mai essere inferiore a 0,9. Nel caso lo fosse, l’ente erogatore dell’energia elettrica applica un’ammenda proporzionata al reale valore del cosf.
Va anche detto che una compensazione oltre lo 0,95 non offre in pratica alcun vantaggio tecnico. In effetti, una compensazione da 0,6 a 0,9 riduce la corrente assorbita al 66%, mentre un ulteriore compensazione da 0,9 a 1 provocherebbe solo una ulteriore riduzione di corrente del 6%. Inoltre, una sovra compensazione determina anche un aumento di tensione indesiderato.
Per queste stesse ragioni, se un condensatore rimasse permanentemente inserito nell’impianto si potrebbero verificare indesiderati aumenti di tensione. Come stabilito dalle norme i motori devono poter fornire la loro potenza nominale per valori di tensione compresi tra il 95% e il 105% della tensione nominale. Valori di tensione più elevati ridurrebbero la durata del motore a causa dell’aumento della temperatura nell’isolamento. Per questa ragione si preferisce non lasciare i condensatori permanentemente inseriti nel circuito del motore, come del resto in nessun altro tipo di utenza, eccezion fatta per le lampade a scarica nei gas vendute spesso con i condensatori già incorporati.
Infatti, tutte le lampade a scarica nei gas (tubi e bulbi fluorescenti, a vapori di mercurio, a vapori di sodio e simili) richiedono un alimentatore (detto anche reattore in quanto assorbe potenza reattiva induttiva) per la loro accensione e stabilizzazione: il complesso lampada-alimentatore ha un fattore di potenza molto basso, pari a 0,5 – 0,6 (per lampade al sodio scende a 0,3) e deve pertanto essere rifasato. E’ per questa ragione che spesso gli alimentatori sono venduti con il condensatore già incorporato.
Però negli impianti di illuminazione di maggiore potenza è preferibile la soluzione di un rifasamento autonomo.
Schemi di rifasamento
Il rifasamento dell’impianto può avvenire in diversi modi
Rifasamento distribuito
Consiste nell’installare un condensatore di adeguata potenza in parallelo ad ogni utenza funzionante con basso cosf, cioè si realizza un rifasamento singolo degli apparecchi elettrici.
Da un punto di vista tecnico è la soluzione migliore perché permette di ridurre le perdite e le cadute di tensione in tutti i conduttori sino ai morsetti dell’apparecchio utilizzatore e non richiede, salvo casi particolari, organi di protezione e di manovra appositi per il condensatore, perché si fa uso di quelli stessi dell’apparecchio che si deve rifasare. Se però gli apparecchi da rifasare sono molti e non vengono usati contemporaneamente, questa soluzione può risultare poco economica.
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. In questo caso si rifasano contemporaneamente gruppi di utenze costituite da trasformatori, motori, lampade.
La potenza complessiva necessaria si calcola come somma delle singole potenze capacitive necessarie per la compensazione separata delle varie utenze. I condensatori possono essere inseriti o disinseriti secondo le necessità da un relè amperometrico o da un regolatore automatico di cosf.
Rifasamento centralizzato
Adattando un sistema di rifasamento singolo o a gruppi, in stabilimenti con carico variabile o con basso fattore di simultaneità, i condensatori risultano spesso male utilizzati. Per limitare la sovra (come anche la sotto) compensazione e quindi le sovratensioni, le batterie di condensatori vengono inserite e disinserite a seconda del fabbisogno dell’intero impianto. Il rifasamento centralizzato consiste nell’installare una batteria di condensatori unica per tutto l’impianto. Ciò può essere fatto manualmente o meglio ancora automaticamente, con l’ausilio di un complesso di regolazione automatica.
Gli impianti di regolazione automatica presentano i seguenti vantaggi
-esatta compensazione con una minore potenza complessiva;
-notevole riduzione delle variazioni della tensione durante l’inserzione e la disinserzione;
-semplicità e rapidità di installazione.
Complessi di regolazione automatica
I complessi di regolazione automatica sono costituiti da
-regolatore (relè di potenza reattiva)
-unità di potenza (apparecchi di sezionamento e protezione, condensatori).
Con il regolatore di potenza reattiva elettronico si misura la potenza reattiva ovvero una grandezza ad essa proporzionale. Se vengono superati i valori di intervento prefissati, il regolatore aziona il gruppo di comando che fa intervenire i contattori dei condensatori. In altre parole il regolatore regola automaticamente l’inserzione dei condensatori in funzione della potenza reattiva misurata facendo in modo che il cosf dell’impianto resti sempre uguale al valore prefissato (solitamente 0,9).
L’inserzione e la disinserzione dei condensatori avviene per gradini, cioè limitatamente ad una parte dei condensatori installati.
Il valore ed il numero dei gradini vengono scelti in funzione delle condizioni di esercizio, della potenza complessiva dell’impianto nonché in funzione della fluttuazione del carico. Un numero ridotto di gradini con potenza elevata provoca notevoli sbalzi di tensione e di corrente all’inserzione ma una bassa frequenza di manovra, viceversa un numero elevato di gradini con potenza ridotta dà luogo a piccoli sbalzi di tensione ma ad elevate frequenze di manovra, con conseguente logorio degli organi di comando. Senza contare i costi aggiuntivi dovuti alla presenza di un maggior numero di organi di manovra (contattori) necessari per l’inserzione dell’alto numero di gradini.
Per potenze fino a 400 Kvar, i complessi hanno normalmente 3 batterie di condensatori nel rapporto 1:2:2, si ottiene così una regolazione in 5 gradini uguali; per potenze superiori le batterie sono 5 nel rapporto 1:2:2:2:3, si ottiene così una regolazione in 10 gradini uguali.
Riassumendo possiamo dire che il rifasamento distribuito si conface meglio per apparecchi utilizzatori di elevata potenza singola o posti a notevole distanza dal punto di consegna dell’energia elettrica. Il rifasamento per gruppi risulta conveniente negli impianti con ramificazioni ben definite che alimentano diversi reparti di lavorazione. Il rifasamento centralizzato si adatta bene a impianti poco estesi.
In pratica però, risulta molto spesso opportuno ricorrere ad un rifasamento misto: cioè in parte distribuito presso gli apparecchi utilizzatori maggiori, in parte centralizzato all’inizio di certi cavi che alimentano gruppi di apparecchi e per la restante parte a valle del gruppo di misura.
Il rifasamento più vantaggioso in pratica si realizza prevedendo un rifasamento centralizzato per quella parte di impianto con carico variabile o di bassa potenza a breve durata di inserzione ed il rifasamento singolo per grosse macchine con lunga durata d’inserzione, o per i trasformatori.
Resistenze di scarica e contattori di comando
L’inserzione e la disinserzione di gruppi di condensatori genera una serie di problematiche tecniche.
La prima nel processo di scarica. Infatti, quando un condensatore viene disinserito libera un’energia che è proporzionale al quadrato della tensione di alimentazione e al valore di carica C. E’ necessario dissipare questa energia nel più breve tempo possibile onde evitare di mettere a repentaglio la funzionalità dell’impianto. Il problema è che l’energia liberata dal condensatore è di tipo reattivo capacitivo e questo genera un fenomeno di rimbalzo di energie con i componenti induttivi presenti nell’impianto (cavi, trasformatori, motori…). In altre parole trattandosi di due energie (quella capacitiva e quella induttiva) in contrapposizione di fase, quando una viene liberata va ad alimentare i circuiti dell’altra e viceversa, provocando un pericoloso rimbalzo di energie senza che ne venga dissipata alcunché. L’unico sistema per accelerare la dissipazione dell’energia del condensatore in tempi ragionevolmente brevi è quella di prevedere degli elementi ohmici addizionali, definiti appunto resistenze di scarica. Esse sono indispensabili in qualsiasi impianto di rifasamento. Per favorire la scarica dei condensatori sono generalmente usate resistenze a basso valore ohmico.
Un altro grosso problema è l’inserzione dei condensatori. Essendo un circuito puramente capacitivo e presentando quindi uno sfasamento di 90° in ritardo sugli elementi attivi (resistivi), l’inserzione di un condensatore equivale ad un corto circuito. Per lo meno gli effetti, in termini di correnti all’inserzione, sono quelli di un cortocircuito. Infatti, le correnti di inserzione dei condensatori possono raggiungere valori pari a 30 volte il proprio valore nominale. Questi fenomeni di corrente sono molto violenti ma di brevissima entità (si parla infatti di picchi di corrente). Però per quanto brevi, gli effetti possono risultare devastanti in particolare per l’organo di comando dei condensatori e cioè per il contattore i cui contatti, per evitare il danneggiamento (incollamento), devono essere sovradimensionati. Inoltre, la presenza di questo picco di corrente ne determina in ogni caso un’usura precoce e quindi un declassamento della propria durata elettrica (cioè del massimo numero di manovre elettriche che può essere in grado di effettuare). Proprio per evitare queste problematiche nell’odierna prassi impiantistica si preferisce utilizzare dei contattori speciali, cioè dotati a bordo di resistenze di pre inserzione, necessarie per smorzare il picco di corrente dei condensatori e garantendo con ciò l’incolumità dei contatti. Queste resistenze, previste già a bordo dello stesso contattore, vengono inserite tramite dei contatti ausiliari anticipati, prima dell’inserzione dei contatti principali del contattore, in modo che all’inserzione tutto il picco di corrente le attraversi non andando invece a coinvolgere i contatti principali. In questo modo quando, dopo pochi millisecondi, anche i contatti di potenza si chiudono, il picco di corrente è già stato ampiamente smorzato dalle resistenze, le quali vengono poi cortocircuitate dai contatti principali stessi.
Infine, per un corretto dimensionamento, è doveroso ricordare che i fusibili di protezione dei condensatori dovendo sopportare le alte correnti di inserzione, vengono dimensionati con una corrente nominale pari a 1,6-1,8 volte la corrente nominale del condensatore.
Cenni costruttivi sui condensatori
Il valore della carica del condensatore è proporzionale alla tensione secondo la formula Q= C x V. Il fattore C rappresenta la capacità del condensatore. Esso è indipendente sia dal valore della tensione applicata sia dalla velocità di carica e scarica. Essa è espressa nell’unita di misura chiamata Farad. Come unità di misura il Farad però è troppo elevato e generalmente, nella tecnica delle correnti forti, si usa il sotto multiplo il µF ossia il milionesimo di Farad.
I normali condensatori di bassa tensione sono costituiti da elementi capacitivi immersi in olio speciale e contenuti in cassette metalliche ermeticamente chiuse. Ogni cassetta è provvista di morsetti di collegamento al circuito da rifasare e per la messa a terra. Sono disponibili in commercio sia unità monofasi sia trifasi.
Nell’ordinazione si dovranno indicare le seguenti caratteristiche
-monofase o trifase
-potenza nominale
-tensione nominale
-temperatura massima di funzionamento
-necessità del dispositivo di scarica, atta a ridurre, secondo le norme di sicurezza, la tensione ai morsetti del condensatore a meno di 50V entro un minuto dalla sua disinserzione. Attualmente la maggior parte dei condensatori vengono costruiti con un resistore interno che provvede a scaricarli adeguatamente.
Alcuni costruttori inseriscono anche dei fusibili all’interno delle custodie dei condensatori, in modo che eventuali elementi interni guasti vengano automaticamente scollegati, consentendo la continuità del servizio.
I condensatori sono apparecchi statici. Hanno una durata di oltre 25 anni. Hanno perdite molto ridotte e sono assenti da manutenzione.
Prezzi Condensatori di Rifasamento
Nella tabella che segue è possibile trovare informazioni sui prezzi dei condensatori di rifasamento in vendita online.
Cliccando sui vari prodotti è possibile visualizzare maggiori informazioni, come la descrizione delle caratteristiche e le opinioni e recensioni.
