La scarsa qualità dell’energia elettrica nelle aziende produttive e nel terziario porta ad una perdita di efficienza e ad un incremento dei costi. Vediamo come intervenire.
Il fenomeno della riduzione della qualità dell’energia nelle reti elettriche aziendali è in continuo aumento, sia per la crescente penetrazione di sistemi distribuiti basati su energia rinnovabile, sia per la presenza di apparecchiature elettroniche negli stabilimenti produttivi. Con l’orientamento da parte delle aziende all’utilizzo sempre maggiore di dispositivi in grado di aumentare i livelli di precisione e di controllo, come convertitori elettronici di potenza ed alimentatori a commutazione, lo scotto che si paga è sul lato dell’efficienza energetica.
Alcuni dei più moderni dispositivi, come server di rete, driver per motori a velocità variabile, inverter, controllori logici programmabili, se non accuratamente progettati e selezionati, generano inefficienze ed alti valori di disturbi nella rete elettrica, ed essi stessi risultano poi particolarmente sensibili a tali condizioni di bassa qualità dell’energia. Questo si somma a macchinari elettrici e di potenza che operano in condizioni di lavoro gravose, come presse, macine, saldatrici, forni a induzione, estrusori, che spesso generano disturbi di tipo qualitativo nella rete elettrica.
È quello che si intende quando parliamo di problemi di Power Quality.
È importante notare che i disturbi legati alla Power Quality, come buchi di tensione e interruzioni di linea, piuttosto che la presenza di componenti armoniche e sovratensioni, sono un tema estremamente caldo per coloro che si occupano di produzione e di manutenzione, specialmente in un periodo storico in cui la parola chiave più utilizzata è proprio “l’efficienza” in tutte le sue declinazioni.
Le ripercussioni in un’azienda produttiva vanno quindi proprio dall’efficienza dei suoi sistemi, alla loro disponibilità, alla qualità delle lavorazioni, l’affidabilità dei macchinari ed i costi di gestione.
L’audit
Per un corretto intervento di miglioramento della qualità dell’energia elettrica in azienda, è basilare partire da una valutazione puntuale del sito su cui si sta focalizzando l’attenzione, procedendo con un vero e proprio audit finalizzato all’analisi della qualità della rete elettrica.
Per far questo si può far riferimento agli standard sviluppati da molti paesi (es. Norma Europea EN 50160) o i codici approvati a livello internazionale forniti da IEEE e IEC, che hanno l’obiettivo di quantificare in maniera oggettiva la misura di Power Quality, .
Tali norme in generale classificano gli eventi sulla base di caratteristiche misurabili, e propongono standard da seguire affinché gli apparecchi utilizzatori siano meno impattati da tali condizioni.
Un punto però troppo spesso poco chiaro, è che tali disturbi possono essere generati da apparecchiature presenti in azienda o provenienti direttamente dalla rete elettrica, con percentuali stimate tra il 70% nel primo caso e 30% nel secondo. A questo può capitare che si aggiungano poi fattori esterni indipendenti, come gli eventi atmosferici.
Il tutto per arrivare a costi che per un’azienda possono incidere fino al 4% del fatturato.
L’inquinamento armonico
Nel panorama delle problematiche di Power Quality in un sito produttivo, l’inquinamento armonico risulta tra le componenti più complesse e pericolose, sia per la rete elettrica stessa che per i macchinari ad essa collegati, nonché per l’incolumità del personale presente nei reparti produttivi dell’azienda, considerando che nei casi più gravi un’elevata persistenza armonica può arrivare a generare incendi ed esplosioni nelle apparecchiature elettriche.
Per ovviare alla gravità di questi fenomeni, sono stati introdotti in commercio opportuni apparati classificati come Filtri Armonici di tipo attivo, che paradossalmente si configurano anche loro come generatori di armoniche, ma in controfase rispetto a quelle della rete, con il risultato di annullarne gli effetti negativi.
Questi Filtri Armonici Attivi (APF – Active Power Filters) permettono una drastica riduzione di ogni componente armonica fra i vari quadri elettrici presenti in azienda e, se correttamente calibrati, sono in grado di abbattere fino al 97% di ogni componente armonica, almeno fino alla loro 51esima ricorrenza, migliorando il grado di affidabilità di tutta la parte elettrica dell’azienda stessa, preservando la struttura dal rischio di fermi, guasti o, nel caso peggiore, incendi.
Altre problematiche
Nell’analizzare i fenomeni di Power Quality, si trovano poi altre problematiche, come i buchi di tensione, i transitori e le sovratensioni, che insieme alle armoniche determinano il basso livello di qualità di una rete elettrica.
Tutto questo ha ovviamente dei costi per l’azienda, sia diretti che indiretti, che saranno più elevati nel caso di maggior presenza o persistenza dei fenomeni stessi.
Vediamo alcuni esempi per le aziende produttive.
Costi diretti:
Perdita di produzione
- Perdita di risorse e di tempo
- Scarti di produzione e riavvio
- Danni alle apparecchiature
- Costi associati alla sicurezza e alla salute degli operatori
- Possibili sanzioni
Costi indiretti:
Penalità per l’azienda dovuti a ritardi nella produzione
- Invecchiamento precoce della componentistica
- Perdita di quote di mercato in ragione della ridotta competitività
Le soluzioni
Come dicevamo, sul mercato esistono diverse soluzioni per il miglioramento della Power Quality.
E’ importante innanzitutto notare che un aumento del livello di Power Quality, oltre ad evitare le problematiche di cui abbiamo parlato sopra, porta anche benefici in bolletta, grazie ad un risparmio energetico che oscilla tra il 4% e il 15% in funzione dei carichi, delle problematiche e della tipologia di impianto
I filtri attivi (APF: Active Power Filter)
- Questa famiglia di prodotti è espressamente utilizzata per eliminare ogni insorgenza di componenti armoniche presenti nella rete elettrica da controllare.
- Sono in grado di portare il THD I e THD V entro i valori della Norma europea EN 50160.
- Sono in grado di eliminare fino al 97% delle componenti armoniche presenti, operando su ogni componente fino alla 51esima ricorrenza, armoniche pari comprese.
- Contestualmente sono anche in grado di eliminare una parte della potenza reattiva che viene ad essere generata in rete.
- Si predilige l’utilizzo di apparati APF in contesti ove è maggiormente richiesta un’attenzione particolare nell’abbattimento di ogni componente armonica in rete.
- Sono disponibili in moduli di tagli prefissati.
- Sono possibili soluzioni in cabinet metallici per situazioni particolarmente gravose.
Gli ottimizzatori di rete (SVG: Static Variable Generator)
- Sono adatti per lavorare in affiancamento o in sostituzione di esistenti impianti di rifasamento, siano essi di tipo fisso che a gradini.
- Portano al quadro di rete su cui sono collegati un ben determinato beneficio in termini di migliore efficienza energetica, con conseguente risparmio economico a parità di prestazioni erogate dai dispositivi a cui fanno capo.
- Ottimizzano principalmente la parte reattiva presente in ogni rete, abbattendola per i valori su cui è stato dimensionato.
- Hanno tempi di reazione immediata, quindi non lavorano a gradini di intervento.
- Sono in grado di operare anche in campo capacitivo, con range di correzione del cosFi +/- 0,6.
- Contestuale capacità di eliminazione delle più comuni componenti armoniche presente nella rete elettrica.
- Sono veri e propri ottimizzatori di rete, contribuendo anche al miglior bilanciamento fra le correnti di fase.
- Eliminano fenomeni di flickering negli impianti di illuminazione.
- Sono ideali in contesti ove è richiesta una migliore economicità di esercizio a parità di prestazioni erogata dalla rete.
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