Power Quality: la chiave dell’efficienza industriale

La “power quality”, oggi, è un tema che non si può ignorare. Articolo a cura di Nicoletta Mazzini per l’Ecofuturo Magazine.

Negli ultimi quarant’anni la rivoluzione elettronica ha cambiato il panorama dell’energia elettrica. L’avvento dei motori regolati da inverter, dei sistemi di potenza switching e di apparecchiature sempre più intelligenti ha reso possibile un controllo preciso e una maggiore efficienza in ogni settore, dall’industria pesante alla climatizzazione domestica. Ma questa innovazione, insieme a indubbi vantaggi, ha introdotto anche nuove criticità: distorsioni armoniche, fattori di potenza alterati, surriscaldamenti dei cavi e rischi per la stabilità della rete.

Oggi la cosiddetta “power quality” – la qualità dell’energia fornita e utilizzata – è un tema cruciale per garantire continuità operativa e sicurezza degli impianti. Per capire meglio come si è arrivati a questa situazione e quali soluzioni esistono, abbiamo incontrato Demos Fuochi, pioniere degli studi in questo campo, autore di diversi brevetti e fondatore di AZeco, azienda che sviluppa e distribuisce sistemi avanzati per la correzione delle distorsioni e la protezione delle infrastrutture elettriche.

Demos, partiamo dall’inizio: in Italia quando si è cominciato a parlare di regolazione elettronica dei motori asincroni?

«Negli anni ’80, quando alcune aziende iniziarono a investire nella regolazione lineare di questi motori. Fino a quel momento, la variazione di velocità era quasi esclusivamente affidata ai motori a corrente continua, che però erano costosi, ingombranti e richiedevano una manutenzione delicata. L’introduzione degli inverter ha cambiato radicalmente lo scenario: il controllo è diventato più semplice, i costi sono scesi, e la tecnologia ha trovato applicazione in moltissimi campi. In pochi anni, interi comparti industriali hanno sostituito i vecchi sistemi, abbracciando la nuova elettronica di potenza».

Eppure, già allora c’erano delle “controindicazioni” nascoste.

«Sì, ma all’epoca il business aveva la priorità assoluta. Gli inverter, come tutti i dispositivi elettronici di potenza, non si limitano a regolare: immettono nelle reti elettriche delle distorsioni armoniche di corrente. Questi disturbi passavano in secondo piano finché i carichi erano “misti” – una parte sinusoidale e una parte commutata – e il sistema elettrico riusciva a “digerirli”. Solo alcune grandi multinazionali, come ABB, Siemens o Schneider, si preoccuparono di sviluppare filtri specifici per limitare le armoniche di quinta, nona, undicesima e tredicesima, che già allora potevano causare problemi agli impianti più sensibili».

Oggi però la situazione è cambiata radicalmente.

«Assolutamente. In 45 anni sono stati installati milioni di inverter e sistemi elettronici di potenza in tutto il mondo: nei processi industriali, nei centri commerciali, negli uffici pubblici, nelle pompe di calore, nei forni a induzione, nei data center, nelle apparecchiature medicali per TAC e risonanze, fino alle lampade stradali a LED e agli elettrodomestici domestici. Oggi non esiste praticamente nessun carico che lavori in sinusoide pura. Tutti utilizzano sistemi switching che generano distorsioni sulla corrente e fattori di potenza non più solo induttivi ma anche capacitivi. Non a caso, da aprile 2023 in Italia è obbligatorio rifasare anche la componente capacitiva degli impianti elettrici (in pratica, aggiungere sistemi che bilancino questo anticipo, riportando il rapporto tra tensione e corrente a valori ottimali. N.d.R.)».

Quali sono gli effetti concreti di queste distorsioni sulle infrastrutture elettriche?

«Il problema è duplice. Da un lato, le armoniche – soprattutto quelle dispari fino alla 51ª – provocano riscaldamenti nei cavi, compreso il neutro, e nei trasformatori di cabina. Parliamo di perdite energetiche valutate intorno al 5%, un valore enorme se si considera la scala di un impianto industriale. Dall’altro, la saturazione delle linee elettriche rende più probabili fenomeni di “crash” di tensione: cadute improvvise che possono bloccare linee di produzione o interrompere servizi critici. In un’epoca in cui i margini di fermo macchina sono ridotti al minimo, un blackout interno, anche senza interruzione della rete esterna, può causare danni economici enormi».

È qui che entrano in gioco le apparecchiature per la cosiddetta “power quality”?

«Esatto. Parliamo di un insieme di tecnologie sviluppate per eliminare o ridurre drasticamente le distorsioni di corrente e di tensione, riportando l’energia a parametri di qualità ottimali. Alcuni esempi:

• AHF/APF (Active Harmonic Filter): filtri attivi parallelabili in grado di annullare completamente le armoniche, restituendo ai carichi una corrente sinusoidale pura;
• SVG (Static Voltage Generator): sistemi che correggono in modo statico i fattori di potenza, sia induttivi sia capacitivi;
• AVC (Active Voltage Converter): un sistema “tuttofare” che stabilizza la linea, regola la tensione, corregge armoniche fino alla 21ª, effettua il rifasamento attivo e interviene in millisecondi per eliminare i buchi di rete, compensando anche le cadute di tensione di fondo linea;
• LVR in configurazioni diverse, per bilanciare i carichi tra trasformatori in parallelo o per compensare cadute di tensione oltre i 100 kVA;
• PCS (Power Conversion System): sistemi intelligenti per gestire la carica e scarica delle batterie in impianti fotovoltaici o eolici, regolando la potenza attiva e reattiva immessa in rete».

Può farci un esempio concreto delle prestazioni di queste tecnologie?

«Un AVC trifase da 100 kVA può compensare una caduta di fondo linea di 50 Volt su un trasformatore da 800 kVA, evitando problemi di sotto tensione che rallenterebbero o fermerebbero la produzione. Un AHF ben dimensionato, invece, può eliminare totalmente i riscaldamenti da armoniche in un impianto con decine di inverter, riducendo consumi, guasti e manutenzioni straordinarie. In altre parole, non sono solo dispositivi “protettivi”, ma veri e propri investimenti che generano ritorni economici concreti»… CONTINUA A LEGGERE GRATIS L’ARTICOLO SU L’ECOFUTURO MAGAZINE – CLICCA QUI

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