9 domande per capire se hai un problema di Power Quality

La qualità dell’energia elettrica, o Power Quality, è un fattore cruciale per garantire continuità operativa e prestazioni ottimali negli impianti industriali. Con la Transizione 5.0, diventa ancora più importante ottimizzare la rete elettrica per ridurre consumi, evitare guasti e migliorare l’efficienza produttiva. Ma come capire se il tuo impianto ha un problema di Power Quality? In questo post esploriamo le principali cause, gli effetti di una scarsa qualità dell’energia e le soluzioni innovative di Schneider Electric per migliorare affidabilità e sostenibilità.

La Transizione 5.0 ha recentemente riportato l’attenzione dei Direttori di Produzione e della Manutenzione sulla qualità dell’energia.

La “Power Quality” è un tema importante per l’affidabilità dell’alimentazione elettrica e la continuità del processo produttivo. Agire su di essa significa non solo allungare la vita utile delle apparecchiature e prevenire i fermo-impianto, ma anche contribuire all’efficienza energetica e alla riduzione di costi legati al consumo di energia.

Ma come individuare in modo semplice se si ha un problema di Power Quality? Ecco la nostra guida, con l’illustrazione di un caso-studio reale. 

Le 9 domande per capire se hai un problema di Power Quality  

1. Il THD di tensione è superiore al 5% e il THD di corrente è superiore al 10%? 

• Le apparecchiature sulla linea di produzione hanno dei componenti non usurati e le condizioni ambientali di funzionamento sono all’interno di parametri normali, ma esse manifestano dei comportamenti anomali o sono soggette a frequenti eventi di guasto. Il Power Meter sul quadro di alimentazione della linea mostra un indice di distorsione armonica in tensione THDu > 5%. Potremmo essere in presenza di un problema di power quality. 

• La distorsione armonica in corrente è invece un parametro più complesso da analizzare. Esso andrebbe valutato al pieno carico, e valori di distorsione in corrente THDi superiori al 10% potrebbero non essere preoccupanti, se non si riflettono in maniera negativa sulla tensione. 

2. Lungo la linea di produzione sono in funzione motori elettrici, dotati di elettronica di potenza (inverter)? 

• Lungo la linea di produzione sono in funzione dei motori elettrici dotati di inverter: anche se i motori sono nuovi, ad alta efficienza o sono stati installati da pochi anni, è probabile che immettano nella linea di alimentazione dei disturbi di tipo armonico. Anche in questo caso il Power Meter potrebbe segnalare un THDu > 5%. 

3. Il trasformatore funziona con un carico > 50% del valore di potenza apparente nominale, costituito prevalentemente da carichi non lineari? Si percepiscono importanti ronzii durante il suo funzionamento? 

• Il trasformatore MT/BT è soggetto a particolari fenomeni elettromagnetici quando è interessato da correnti e tensioni armoniche. Se esso alimenta carichi non lineari di potenza elevata, ovvero circa superiore al 50% della sua potenza nominale, i fenomeni si accentuano. È anche probabile che nei pressi della cabina di trasformazione si sentano dei ronzii anomali.  

• È da verificare che almeno una linea di produzione alimentata dalla cabina presenti dei carichi elettrici non lineari (es. motori elettrici con inverter, macchine in corrente continua, ecc…). In tal caso è estremamente probabile che vi siano delle distorsioni armoniche con THDu > 5%. 

4. Si presentano dei buchi o cali di tensione frequenti? Si bloccano in modo intempestivo delle apparecchiature di produzione?  

• Avvengono dei buchi di tensione improvvisi su una o più dorsali di alimentazione, con fermo-macchina frequenti e senza spiegazione apparente; oppure l’alimentazione fornita dalla rete di distribuzione elettrica a monte della cabina è irregolare, con abbassamenti di tensione. 

• È probabile che lungo la rete di distribuzione a monte della cabina avvengano dei guasti temporanei, oppure degli spunti nell’assorbimento di grossi carichi/trasformatori appartenenti ad altre utenze industriali, che influiscono su tutta la rete a valle con dei cali di tensione anche di lunga durata. 

5. Si ha una variazione rapida e percepibile dell’intensità delle luci (flickering)? 

• Le apparecchiature illuminanti emettono una radiazione luminosa di intensità proporzionale al valore della tensione alimentante. Se la tensione ai morsetti del proprio circuito elettrico è “instabile”, lo stesso sarà per la luce emessa. 

• Tutto ciò dipende da disturbi generati dagli altri dispositivi connessi alla stessa rete utente. È importante conoscere e limitare questi fenomeni prima che impattino negativamente sulla salute dell’impianto. 

6. Il corpo dei motori si surriscalda? 

• Gli avvolgimenti di un motore elettrico tendono a surriscaldarsi se soggetti alla circolazione di correnti di armoniche o squilibrate. 

• Le armoniche possono generare inoltre coppie resistenti che limitano le prestazioni del motore e comportano sollecitazioni e stress meccanici sull’albero e sui cuscinetti, con conseguente usura dei componenti e perdita di efficienza. 

7. I cavi di neutro dei quadri BT o le barre di distribuzione dei quadri MT si surriscaldano? 

• I cavi di distribuzione elettrica dell’impianto si surriscaldano: questo lo si può notare in cabina MT/BT con opportuni sensori di temperatura montati sulle barre di distribuzione secondaria, o su quadri BT posti lungo l’impianto. La rilevazione si può effettuare anche attraverso delle termocamere. 

• La corrente circolante sul neutro è un fenomeno anomalo ed indesiderato che è causato dalla presenza di carichi monofase non ben equilibrati sulle tre fasi dell’impianto, oppure dall’alimentazione di carichi elettronici che generano armoniche di ordine 3 e multipli (che si sommano sul neutro, derivanti da luci a led, alimentatori per PC, stampanti, ecc…). La corrente sul neutro può così raggiungere valori maggiori della corrente di fase. 

8. Nella bolletta elettrica sono presenti penali legate all’assorbimento di energia reattiva induttiva (cos φ < 0,95) e/o all’energia reattiva immessa in rete? 

• Il distributore di rete applica penali in bolletta alle utenze che “lavorano” ad un fattore di potenza (cos φ) inferiore a 0,95. Tale condizione comporta il trasporto di una componente aggiuntiva di corrente sulla rete di distribuzione, che aumenta le cadute di tensione e le perdite di linea. 

• Dal 01/04/2023 anche le immissioni di energia reattiva in fascia F3 vengono contabilizzate e fatturate ad un corrispettivo tariffario pari a quello per scarso cos φ. Una potenza reattiva immessa nella rete di distribuzione può comportare potenzialmente deleterie sovratensioni a vuoto, sperimentabili da tutte le utenze collegate a valle. 

9. Lungo l’impianto sono installati dei banchi di rifasamento obsoleti o usurati o privi di induttanza? 

• Se lungo l’impianto elettrico sono installati dei banchi di rifasamento obsoleti, o usurati, o privi di induttanza di sbarramento e avviene il frequente malfunzionamento di apparecchiature elettriche ed elettroniche (es. inverter, motori, trasformatori, ecc.) o dei condensatori stessi, potremmo essere in presenza di fenomeni di risonanza elettrica. 

• Ricordiamo che il banco di rifasamento a condensatori è un’apparecchiatura che permette di supplire allo sfasamento tra tensione e corrente fondamentale, introdotto nella linea di alimentazione da un carico principalmente induttivo, e che causa la generazione della potenza reattiva. Sfortunatamente, i condensatori sono componenti molto suscettibili alle armoniche di tensione e corrente, quindi spesse volte inadatti ad impianti dotati delle tecnologie di conversione più moderne. 

Fattore di potenza e distorsione armonica 

Quando parliamo di qualità dell’energia, bisogna prendere in considerazione due concetti fondamentali: due fenomeni che possono avere un impatto significativo sull’efficienza e l’affidabilità della rete elettrica e saperli gestire può fare una grande differenza.  

• Il fattore di potenza: è una misura dell’efficienza con cui l’energia elettrica viene utilizzata; rappresenta il rapporto tra la potenza attiva, che è quella necessaria per fare lavoro utile, e la potenza apparente, che è la totale assorbita dalla rete. 

• La distorsione armonica: si riferisce alla presenza di correnti a frequenze multiple della frequenza principale (50 Hz); queste correnti sono generate da dispostivi elettronici come inverter e LED. 

Uno scarso fattore di potenza e un’alta distorsione armonica portano entrambe alla presenza di correnti reattive nella rete che non contribuiscono al lavoro utile (sono quindi indici di una scarsa Power Quality) e generano diverse problematiche.  

Le conseguenze di una scarsa Power Quality 

Una delle principali conseguenze è l’aumento delle perdite per effetto Joule, che si manifestano come calore dissipato nei cavi e nei componenti elettrici. 

Una corrente maggiore rispetto a quella nominale può provocare scatti intempestivi dei dispositivi di protezione con rischi fermo impianto. Viene inoltre ridotta la vita utile delle apparecchiature, poiché i componenti vengono sottoposti a stress aggiuntivi portando a guasti prematuri e a costi di manutenzione più elevati. Un altro effetto negativo è la caduta di tensione sui carichi, che può compromettere il corretto funzionamento degli apparecchi collegati.  

Negli ambienti industriali dove la continuità operativa è cruciale è quindi importante prevenire questo genere di problematiche. Alcuni dei settori più impattati sono:  

• Industria di produzione del vetro, farmaceutica, industria chimica, industria di lavorazione del cibo con un grande impegno energetico. Qui un buco di tensione può portare al blocco di una macchina con danni alla produzione 

• Industria di lavorazione a caldo del metallo (fonderia, acciaieria, braseria ecc..): qui il fermo-macchina causa non solo la perdita della produzione e l’aumento dello scarto, ma può costituire un rischio per la sicurezza delle persone. 

I benefici della Power Quality 

Eliminare o ridurre queste correnti reattive può portare a una diminuzione dei consumi energetici di circa il 2%, anche se questo valore può variare a seconda dell’impianto e del punto di installazione.  

Migliorare l’affidabilità della rete elettrica significa garantire una produzione continua e di qualità; meno fermi impianto e meno scarti si traducono in un miglioramento degli indici di performance di produzione. 

Comprendere e gestire il fattore di potenza e la distorsione armonica investendo in soluzioni che attenuano gli effetti indesiderati è essenziale per migliorare l’efficienza e l’affidabilità della rete elettrica e portare benefici economici ed operativi.  

Le soluzioni Schneider Electric per la Power Quality 

Data la complessità del tema e la numerosità delle casistiche in campo, la correzione della Power Quality è un’operazione che deve essere realizzata solo da specialisti e previo audit di impianto. La valutazione dei sistemi di alimentazione e automazione esistenti è necessaria per la scelta e la progettazione dell’apparecchiatura corretta. 

La soluzione Schneider Electric si chiama EcoConsult: un’attività di consulenza specializzata che permette alle aziende di identificare i potenziali problemi di sicurezza e di prestazione, e i possibili interventi per ridurre i rischi e migliorare la resilienza e l’efficienza operativa di apparecchiature e impianti. 

Transizione 5.0 e Power Quality 

La Transizione 5.0 ribadisce l’importanza di una produzione efficiente al fine di ridurre il consumo energetico. Una produzione efficiente non si ottiene solo ammodernando le macchine, ma anche garantendo una qualità dell’energia ottimale con l’obiettivo di minimizzare le interruzioni e avere una continuità operativa.  

I sistemi di Power Quality possono essere infatti integrati all’interno di un progetto d’innovazione più ampio al fine di accedere agli incentivi previsti dalla 5.0. Tecnologie avanzate per la produzione, macchine 4.0, ottimizzazione delle fasi di lavorazione, dispositivi e software di gestione dell’energia, digitalizzazione e supervisione dei processi produttivi si possono combinare per raggiungere i livelli di efficienza richiesti dalla normativa. 

Cfr Circolare del MiSE di Maggio 2018: “Agevolazione agli investimenti in beni strumentali per la trasformazione tecnologica e digitale” – punto 5. “(…) i sistemi di gestione dell’energia reattiva (…) a servizio delle macchine elettriche del processo produttivo (…). L’implementazione di tali sistemi a servizio delle macchine e dei componenti del processo produttivo consente di ottimizzare la gestione dell’energia elettrica riducendo l’intensità della corrente, le perdite dovute alla trasmissione, il carico dei trasformatori e delle linee e la corrente assorbita dall’impianto di produzione (…) Si ritiene che i sistemi in parola siano riconducibili tra gli investimenti ammessi.” 

Caso-studio: applicazione reale di un filtro attivo 

Nel video Luca Tiozzo Netti, esperto nella gestione digitale dell’energia, mostra come l’applicazione di un filtro attivo PowerLogic™ AccuSine PCS+ ad un carico energetico fortemente disturbato riduce le armoniche, corregge il fattore di potenza e azzera l’energia reattiva. 

Tag: Efficienza energetica, Industria 4.0, Transizione 5.0