Uno dei modi più efficienti per risparmiare energia è aumentare il coseno phi e ridurre la potenza reattiva. La potenza reattiva è quell’energia che i dispositivi consumano ma non convertono in movimento, calore o luce. Questa energia viene quindi perduta, per così dire. Come funziona esattamente? Gli esperti di Sensorfact lo spiegano.
Il Cos Φ (Cos-fì) è il rapporto fra l’energia attiva e l’energia reattiva assorbite da un impianto elettrico. L’energia attiva è quella che viene effettivamente consumata dai dispositivi elettrici ovvero trasformata in lavoro e calore.
Gli elettrodomestici e le macchine consumano più energia di quella effettivamente necessaria. Una parte dell’energia consumata viene effettivamente convertita in calore, luce o movimento. Ciò dipende dalla funzione del dispositivo. Un’altra parte va persa e quindi sprecata.
La parte di energia che viene effettivamente consumata è la potenza attiva (W). La parte che viene persa è chiamata potenza reattiva o energia reattiva. Questa potenza non viene quindi utilizzata in modo utile dal dispositivo.
Per generare un campo magnetico ed elettrico è necessaria una potenza reattiva. Questa potenza è necessaria per il corretto funzionamento di un dispositivo, ma non viene utilizzata per la sua funzione finale.
La riduzione di questa potenza reattiva comporta un risparmio energetico. Questo perché quando la percentuale di potenza attiva aumenta, un dispositivo è più efficiente. Viene sprecata meno energia, quindi è necessaria una potenza inferiore per lo stesso funzionamento della macchina.
La differenza tra la potenza attiva e la potenza totale consumata (il fattore di potenza) è espressa dal coseno phi. Il coseno phi è un numero compreso tra 0 e 1. Quando il coseno phi è pari a 1, il 100% dell’energia consumata viene convertita dalla macchina in movimento, luce o calore e quindi non ci sono sprechi.
Un coseno phi di 0,9 indica che il 90% della potenza consumata viene convertita in potenza attiva. Il 10% della corrente viene perso ed è quindi potenza reattiva. Quanto più alto è il coseno phi, tanto più efficienti sono i dispositivi utilizzati. Di solito è compreso tra 0,6 e 0,9. Ciò significa che il 60-90% della corrente viene utilizzato in modo efficace.
La differenza tra la potenza effettiva consumata e la potenza apparente è la potenza reattiva. La formula è quindi la seguente:
Potenza reattiva + potenza effettiva = potenza apparente.
La potenza apparente è quindi la potenza totale consumata da un dispositivo. Con un coseno phi di 0,7, la potenza reale rappresenta il 70% della potenza apparente. La potenza reattiva è quindi il 30% della potenza apparente.
Per chiarire il rapporto tra potenza apparente e potenza effettiva, il confronto viene spesso fatto con un bicchiere di birra. Il bicchiere di birra simboleggia il sistema energetico. La birra è la potenza attiva, la schiuma è la potenza reattiva.
Sia una potenza attiva che una potenza reattiva troppo elevate possono far traboccare il bicchiere di birra. A quel punto, la rete elettrica diventa sovraccarica. Maggiore è la potenza reattiva, maggiori sono le quantità di rame, di trasformatori e di connessioni necessarie.
Una diminuzione della potenza reattiva (la schiuma) può garantire più spazio per la potenza attiva (la birra). In questo modo è possibile utilizzare in modo utile una maggiore potenza, senza sommergere il bicchiere.
Molti gestori di rete utilizzano un limite inferiore per il coseno phi. Questo perché se il coseno phi è troppo basso, la tensione nelle linee di alimentazione aumenta, creando molto calore. Questo può essere pericoloso e causare sovraccarichi e danneggiamenti alla rete elettrica.
Spesso, il limite inferiore per le tensioni fino a 50 kilovolt (kV) è 0,85. Per tensioni superiori a 50 kilovolt, il limite inferiore è 0,8. È quindi importante ottenere un coseno phi il più alto possibile. Il gestore della rete può applicare un sovrapprezzo se il coseno phi è troppo basso.
Se il coseno phi è troppo basso, il gestore di rete sostiene costi aggiuntivi perché deve trasmettere potenza reattiva. Per questo motivo, alcuni gestori di rete applicano addirittura un limite inferiore di cos-fi pari a 0,9. Se è inferiore, vengono addebitati costi aggiuntivi.
A causa del coseno phi troppo basso delle aziende, gli operatori energetici vedono diminuire l’efficienza della loro rete elettrica. Di conseguenza, possono servire un numero inferiore di aziende con le stesse connessioni. Sono necessari trasformatori più grandi e più rame.
Questo è causa di perdita di entrate da parte del gestore. Per questo motivo, viene applicata una penale. In questo modo, i gestori di rete sperano di incoraggiare le aziende a prendere provvedimenti se il cos-fi diventa troppo basso.
Oltre al fatto che è necessaria una maggiore capacità di connessione in tempi più brevi, un cos-fi troppo elevato comporta anche un aumento dei costi di alimentazione. È quindi vantaggioso assicurarsi di mantenere il cos-fi il più vicino possibile a 1. In questo modo, potete aumentare il vostro consumo da soli senza un nuovo allacciamento e senza rischiare una multa.
Oltre alla penalizzazione, vi sono altri svantaggi legati a un cos-fi basso o a una potenza reattiva troppo elevata:
La potenza reattiva è causata dal magnetismo dei motori, dei trasformatori e dei condensatori delle apparecchiature elettroniche. I motori a induzione, ad esempio, utilizzano solo l’80-90% della corrente utile. Il resto viene utilizzato per creare un campo magnetico nel motore. Le cause della potenza reattiva sono molteplici.
Spesso anche il coseno phi si riduce notevolmente quando un numero eccessivo di dispositivi induttivi è collegato allo stesso impianto. A quel punto si verifica uno sfasamento. Con un cos-fi esattamente pari a 1, non vi è alcuno sfasamento e la potenza apparente e la potenza reale sono uguali.
Se lo sfasamento diventa troppo grande, potrebbe essere necessario compensarlo. Questo lo si può fare con condensatori attraverso una bobina di condensatori. In questo modo, lo sfasamento e il cos-fi vengono ridotti a un livello accettabile.
Soprattutto le grandi utenze soffrono dello sfasamento. Se ci sono molte unità di raffreddamento, apparecchiature, macchine o controllori di motori, è più probabile che si verifichi uno sfasamento. In questo modo, la rete elettrica si sovraccarica più rapidamente.
A seconda del tipo di dispositivi e di altre condizioni, si possono individuare due diversi tipi di sfasamento: potenza reattiva induttiva e potenza reattiva capacitiva.
Nella potenza reattiva induttiva, per far funzionare i dispositivi è necessaria una potenza per magnetizzare le bobine. Questa potenza è chiamata potenza reattiva induttiva.
La potenza reattiva capacitiva si verifica soprattutto nelle aziende con molti dispositivi elettronici, come i centri dati e gli ospedali. La potenza reattiva capacitiva deriva da carichi capacitivi.
Oltre allo sfasamento, può verificarsi anche una potenza reattiva armonica. Ciò è dovuto a dispositivi che creano carichi non lineari sulla rete elettrica. Questi dispositivi non utilizzano l’energia in un’onda sinusoidale uniforme, ma in impulsi irregolari.
Esempi di questi dispositivi sono l’illuminazione a LED, i sistemi HVAC e i computer. Gli impulsi generati da questi dispositivi causano il ritorno di energia ad altre parti della rete elettrica. Questo fenomeno è chiamato inquinamento armonico e causa potenza reattiva.
In totale, quindi, la potenza reattiva è composta da tre diversi tipi di potenza reattiva: induttiva, capacitiva e armonica.
La potenza reattiva induttiva può essere compensata con un banco di condensatori o una batteria di condensatori. Un banco di condensatori compensa lo sfasamento causato dalla magnetizzazione delle bobine.
Un banco di condensatori fornisce l’energia necessaria per magnetizzare le bobine. Pertanto, questa potenza reattiva non deve più essere prelevata dalla rete.
I vantaggi di un banco di condensatori in sintesi:
Un generatore di VAR statico impedisce lo sfasamento “iniettando” corrente. In questo modo la corrente torna ad essere completamente uguale alla tensione e il cos-fi torna a 1. Poiché il generatore VAR inietta corrente al momento giusto, funziona contro la potenza reattiva sia induttiva che capacitiva.
I consulenti energetici di Sensorfact sono a disposizione per aiutarvi ad aumentare il vostro coseno phi. Con il nostro software e hardware, vengono identificate le opportunità di risparmio.
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