Una linea che si ferma senza motivo apparente. Un inverter che si scollega dalla rete nelle ore di sole. Un banco di condensatori di rifasamento che si guasta dopo pochi anni. Un trasformatore che scalda più del previsto. Sono problemi diversi che hanno spesso la stessa origine, la qualità della tensione. In inglese si chiama power quality, e per un’azienda è meno astratta di quanto sembri.
Cosa vuol dire qualità dell’energia
In teoria la tensione che arriva al tuo sito è una sinusoide perfetta a 50 Hz, con un valore costante e tre fasi identiche. In pratica si allontana da questo modello in molti modi.
- Variazioni della tensione. Il valore sale o scende lentamente rispetto a quello nominale, per esempio quando la rete è molto carica o quando molti impianti immettono energia insieme.
- Buchi di tensione e interruzioni brevi. Cali improvvisi che durano da qualche millisecondo a qualche secondo. Sono i più temuti, perché bastano a far ripartire un PLC o a fermare un azionamento.
- Armoniche. La forma d’onda si deforma. La distorsione si misura con un indice chiamato THD.
- Squilibrio. Le tre fasi non hanno lo stesso valore.
- Flicker. Oscillazioni rapide della tensione, quelle che fanno tremolare le luci.
- Frequenza. Si sposta di poco da 50 Hz. È una grandezza di sistema, uguale su tutta la rete nazionale.
La norma di riferimento
La norma europea EN 50160 descrive le caratteristiche che la tensione dovrebbe avere nel punto di consegna, in condizioni normali di esercizio. Non ragiona sul singolo istante ma su una settimana, con valori medi di dieci minuti, e chiede che i limiti siano rispettati per la gran parte del tempo.
| Grandezza | Riferimento EN 50160 |
|---|---|
| Variazione della tensione | entro ±10% del valore nominale, per il 95% delle medie di dieci minuti in una settimana |
| Distorsione armonica totale | fino all’8%, per il 95% del tempo |
| Squilibrio fra le fasi | fino al 2%, per il 95% del tempo |
| Frequenza | entro ±1% per il 99,5% dell’anno |
La continuità del servizio, cioè quante volte e per quanto tempo manca la tensione, ha invece regole proprie fissate da ARERA per i distributori.
Il dettaglio del 95% conta più di quanto sembri. Per esempio, su un sito tipo in media tensione la distorsione media di una settimana può essere del 4%, apparentemente lontana dal limite dell’8%. Il valore che la norma chiede di guardare, il 95° percentile, può però arrivare al 6%. Lo stesso dato, letto nel modo giusto, passa dalla metà a tre quarti del limite.
Viene dalla rete o dal tuo impianto?
Non tutti i disturbi arrivano da fuori. Molti nascono dentro lo stabilimento.
- Le armoniche le producono soprattutto i carichi elettronici, cioè azionamenti a velocità variabile, inverter, alimentatori, gruppi di continuità, saldatrici e illuminazione a LED.
- Lo squilibrio nasce spesso da carichi monofase distribuiti male fra le tre fasi.
- I buchi di tensione vengono più spesso dalla rete, per guasti sulle linee o per l’avviamento di grandi carichi vicini.
Per capire da che parte sta il problema servono due misure insieme, la tensione e la corrente, nel punto di connessione. Se la tensione è distorta ma la corrente che assorbi è pulita, il disturbo arriva dalla rete. Se è la tua corrente a essere distorta, lo stai producendo tu. È una distinzione che decide tutto il resto, perché nel primo caso si apre una segnalazione con il distributore, nel secondo si interviene sull’impianto con filtri o con un rifasamento adatto.
La reattiva, il disturbo che arriva in bolletta
Motori, compressori e trasformatori assorbono dalla rete anche energia reattiva. Oltre una certa soglia rispetto all’energia attiva la si paga a parte. Si corregge con il rifasamento, ma un rifasamento sbagliato crea problemi nuovi.
Di notte, con poco carico, un banco di condensatori dimensionato per il giorno può immettere in rete energia reattiva di tipo capacitivo. Non serve a nulla, alza la tensione nel punto di connessione e, secondo il livello di tensione e le regole tariffarie in vigore, può essere a sua volta penalizzata. In presenza di armoniche, poi, i condensatori possono entrare in risonanza con la rete, scaldarsi e guastarsi molto prima del previsto.
Misurare bene, e dire cosa non si vede
Ogni misura ha una risoluzione, e conviene conoscerla. Le medie di un minuto mostrano bene le variazioni lente della tensione, la distorsione, lo squilibrio, la frequenza e la reattiva. Un buco di tensione può durare pochi millisecondi, e in una media di un minuto non lascia traccia. Per vederlo serve uno strumento che registri gli eventi, con metodi di misura definiti dalla norma IEC 61000-4-30.
Ci sono altri due errori da evitare.
- Un dato che manca non è un’interruzione. Se lo strumento smette di comunicare, non sai cosa è successo alla rete. Contare quel buco come un’interruzione significa accusare il distributore di qualcosa che magari non è accaduto.
- Anche la misura può sbagliare. Su una linea a tre fili le tre correnti devono sommarsi a zero. Se non lo fanno, il problema è nella catena di misura, per esempio un trasformatore di corrente collegato al contrario, e non nella rete. Prima di giudicare la rete conviene verificare chi la misura.
Da dove partire
Una settimana di misure al punto di connessione basta per una prima fotografia, purché sia letta come chiede la norma. Da lì si capisce quali disturbi ci sono, da dove vengono e se valgono un intervento.
Ensei legge tensioni, correnti, distorsione, squilibrio, frequenza e reattiva al punto di connessione, le confronta con i riferimenti della EN 50160 sul 95° percentile e controlla anche la coerenza della propria misura. La reattiva diventa una cifra in euro. Dove serve, interviene l’edge gateway, un piccolo computer installato nel sito che legge contatori e inverter e continua a funzionare anche se internet cade, e regola gli inverter per tenere la reattiva entro i limiti.
