Cause della riduzione del fattore di potenza e metodi per migliorarla

Valore tecnico ed economico del fattore di potenza

Il valore del fattore di potenza caratterizza il grado di utilizzazione della potenza attiva del generatore. Il più alto fattore di potenza dei ricevitori elettrici, migliori sono i generatori delle centrali elettriche e i loro motori primi (turbine, ecc.), i trasformatori delle sottostazioni e le reti elettriche.

Bassi valori di cos phi (cos phi) a parità di potenza attiva comportano costi aggiuntivi per la realizzazione di stazioni, sottostazioni e reti più potenti, nonché ulteriori costi di esercizio.

Il vero potere degli utenti elettrici delle utility cambia costantemente nel tempo. Ciò è dovuto al fatto che il lavoro delle singole sezioni o officine delle imprese non coincide nel tempo. Inoltre, alcune apparecchiature potrebbero funzionare a carico parziale o addirittura in uno stato di inattività.La variazione della potenza attiva e reattiva dei ricevitori elettrici porta a variazioni del cos phi.

Ragioni per un basso fattore di potenza

I principali consumatori di energia reattiva sono motori elettrici asincroni, trasformatori e forni a induzione, saldatrici, lampade a scarica di gas, ecc.

Un motore a induzione che funziona con un carico vicino a quello nominale ha il più alto valore di cos phi. Quando il carico del motore diminuisce, il fattore di potenza diminuisce.

Ciò è dovuto al fatto che la potenza attiva ai capi del motore elettrico varia in proporzione al suo carico, mentre la potenza reattiva, a causa di una leggera variazione della corrente di magnetizzazione, rimane praticamente costante. Al minimo, cos phi ha il valore più piccolo, che, a seconda del tipo di motore elettrico, della potenza e della velocità di rotazione, è compreso tra 0,1 e 0,3.

I trasformatori di potenza, come i motori a induzione, hanno un fattore di potenza del carico ridotto inferiore al 75%.

I motori a induzione sovraccarichi hanno anche un basso cos phi a causa dell'aumento dei flussi di dispersione magnetica.

I motori con migliori condizioni di raffreddamento rispetto ai motori chiusi possono portare più carico (potenza attiva) e quindi avranno un cos phi più elevato.

I motori a rotore a gabbia di scoiattolo, a causa dei minori valori di resistenza di dispersione induttiva, hanno un cos phi più elevato rispetto ai motori a rotore avvolto.

Il valore di cos phi per macchine dello stesso tipo aumenterà all'aumentare della potenza nominale e della velocità del rotore, in quanto ciò riduce la grandezza relativa della corrente di magnetizzazione.

Un aumento della tensione sul secondario dei trasformatori di potenza dovuto ad una diminuzione del carico (ad esempio durante i turni notturni e durante la pausa pranzo) comporta un aumento della tensione rispetto alla tensione nominale ai morsetti dei motori elettrici in funzione . Questo a sua volta porta ad un aumento della corrente magnetizzante e della potenza reattiva dei motori elettrici, con conseguente riduzione del fattore di potenza.

La rotazione del rotore, che avviene per usura dei cuscinetti, per cui il rotore non tocca lo statore, provoca un aumento del traferro tra statore e rotore, che porta ad un aumento della corrente di magnetizzazione e ad una diminuzione della così phi.

La riduzione del numero di fili nella cava dello statore durante il riavvolgimento provoca un aumento della corrente di magnetizzazione e una diminuzione del cos phi del motore asincrono.

L'uso di lampade a scarica di gas (DRL e fluorescenti) con resistenza induttiva (choke) nel circuito in assenza di dispositivi di compensazione riduce anche il fattore di potenza degli impianti elettrici (cfr. Come sono disposti e funzionano i reattori delle lampade fluorescenti).

Tecniche di miglioramento del fattore di potenza

È necessario aumentare il fattore di potenza di un impianto elettrico, innanzitutto attraverso il corretto e razionale funzionamento delle apparecchiature elettriche, cioè in modo naturale. La potenza del motore elettrico deve essere selezionata in stretta conformità con la potenza richiesta per il meccanismo di azionamento e i motori elettrici già installati ma leggermente caricati devono essere sostituiti con motori elettrici di potenza corrispondentemente inferiore.

Tuttavia, va tenuto presente che a volte tale sostituzione può portare ad un aumento delle perdite di energia attiva nel motore elettrico stesso e nella rete, se l'efficienza del motore elettrico appena installato risulta essere inferiore a quella precedentemente installata uno. Pertanto, la fattibilità di tale sostituzione deve essere verificata mediante calcolo.

Inoltre, è necessario controllare il motore elettrico di riserva in base alle condizioni di riscaldamento e sovraccarico consentiti e talvolta al tempo di accelerazione. Di norma, i motori elettrici caricati con meno del 40% sono soggetti a sostituzione. Quando il carico è superiore al 70%, la sostituzione diventa non redditizia.

In tutti i casi possibili, un motore a gabbia di scoiattolo dovrebbe essere preferito a un rotore di fase. È necessario abbandonare l'uso di motori elettrici chiusi se, a causa delle condizioni ambientali, è consentito l'uso di motori elettrici in una struttura aperta o protetta.

I motori elettrici che azionano varie macchine e meccanismi non funzionano sempre a pieno carico. Ad esempio, durante l'installazione di un nuovo pezzo di lavorazione su una macchina, il motore elettrico a volte gira al minimo con un basso cos phi. Pertanto, si consiglia di scollegare il motore elettrico dalla rete per il tempo di inattività con una durata del periodo di interazione di almeno 10 secondi (questo requisito è obbligatorio anche per risparmiare elettricità attiva).

Il periodo di interazione è il tempo impiegato per ritrarre l'utensile nella sua posizione originale, rimuovere il pezzo lavorato dalla macchina, installare un nuovo pezzo sulla macchina e portare l'utensile nella posizione di lavoro.Su macchine e meccanismi in cui periodi di funzionamento si alternano a periodi di interoperabilità, si consiglia di installare limitatori automatici di minimo.

Si consiglia inoltre di sostituire o disconnettere temporaneamente trasformatori caricati mediamente meno del 30% della loro potenza nominale.

La riparazione di qualità di un motore elettrico asincrono influisce in modo significativo sull'aumento del valore di cos phi. Un motore ben riparato dovrebbe avere una targhetta. È necessario monitorare attentamente la dimensione del traferro tra lo statore e il rotore, non consentire deviazioni dalla norma, inserire il numero di fili attivi nelle scanalature in base al calcolo. I motori ricondizionati devono essere accuratamente testati, compreso il controllo della corrente a vuoto.

In alcuni casi, le misure per migliorare il fattore di potenza naturale non consentono di aumentare il cos phi a 0,92 — 0,95 secondo le condizioni del processo tecnologico. In tali installazioni elettriche, vengono utilizzati metodi artificiali per compensare la potenza reattiva, aumentando il fattore di potenza utilizzando speciali dispositivi di compensazione.

Tali dispositivi includono: condensatori statici, compensatori sincroni e motori sincroni sovraeccitati. Tuttavia, i motori elettrici sincroni e i compensatori prodotti ad alta potenza sono rari nelle fabbriche. I più utilizzati per aumentare il fattore di potenza sono condensatori statici.

Con un'opportuna selezione della capacità dei condensatori, è possibile portare l'angolo di fase tra la tensione e la corrente a qualsiasi valore desiderato.La riduzione di corrente nella rete di alimentazione è ottenuta grazie alla componente reattiva, che viene compensata dalla corrente capacitiva della batteria di condensatori.