Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Circuiti, campi elettromagnetici e teoria delle linee di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica

Moderatori: Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteIsidoroKZ, Foto UtenteEdmondDantes

0
voti

[1] Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteragnol » 6 mag 2021, 12:49

Da semplice appassionato: per carichi induttivi importanti (motori all'interno di aziende ecc) il distributore obbliga al rifasamento, spesso (da quel che ho capito) mediante un banco di condensatori, in modo da ridurre appunto il cos φ.

E' possibile spiegarmi intuitivamente da cosa è prodotto lo sfasamento tra tensione e corrente? Ovvero, perché tensione (V) e corrente (A) non hanno le curve sovrapposte, ma sfasate?
perché se la potenza impegnata è molta (motori da centinaia di kW, per esempio) il cos φ peggiora, e quindi s'impone il rifasamento?

Infine, come agiscono i banchi di condensatori? Immagino che per 50 volte al secondo si carichino e scarichino....ma qual è il meccanismo tramite il quale rifasano? Ritardano la curva della tensione? Quella della corrente?

Se poteste spiegarmi in modo intuitivo (ovviamente se è possibile) ve ne sarei davvero grato (non ho basi di elettrotecnica, se non quelle terra-terra da appassionato).

Edit: perché i carichi resistivi (stufa con resistenza elettrica) non provocanolo sfasamento?
Avatar utente
Foto Utenteragnol
43 3
New entry
New entry
 
Messaggi: 50
Iscritto il: 24 apr 2020, 9:04

0
voti

[2] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteg.schgor » 6 mag 2021, 16:32

Questo dovrebbe chiarire come determinare i condensatori necessari per un dato rifasamento.
Una spiegazione dei concetti base delle correnti alternate richiede un testo di elettrotecnica.
Avatar utente
Foto Utenteg.schgor
56,5k 9 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 16730
Iscritto il: 25 ott 2005, 9:58
Località: MILANO

0
voti

[3] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utentelillo » 6 mag 2021, 16:40

ciao, prova a leggere qui, forse risponde a qualche tua domanda:
https://www.electroyou.it/lillo/wiki/re ... lettrica_2
Avatar utente
Foto Utentelillo
19,6k 7 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 3861
Iscritto il: 25 nov 2010, 11:30
Località: Nuovo Mondo

0
voti

[4] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteragnol » 6 mag 2021, 16:57

Proverò a leggere tutto. (Proverò, perché prima di scrivere qua ovviamente avevo provato a leggere in giro).

Non mi potete spiegare nemmeno come agiscono i condensatori? Cioè, come permettono il rifasamento?
Avatar utente
Foto Utenteragnol
43 3
New entry
New entry
 
Messaggi: 50
Iscritto il: 24 apr 2020, 9:04

0
voti

[5] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteg.schgor » 6 mag 2021, 17:25

In un induttore la corrente è in ritardo rispetto alla tensione, mentre in un condensatore è in anticipo.
Il rifasamento riduce appunto il ritardo dei carichi induttivi (rappresentato sotto forma di cos\varphi)
con condensatori che lo compensano.
Avatar utente
Foto Utenteg.schgor
56,5k 9 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 16730
Iscritto il: 25 ott 2005, 9:58
Località: MILANO

3
voti

[6] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteguzz » 6 mag 2021, 17:32

Provo a spiegare in modo semplice, sperando di essere chiaro. Sicuramente non userò un linguaggio tecnico preciso ma non credo che sia necessario, in questo caso.

Idealmente, i carichi elettrici sono di tre tipi: resistenza, condensatore ed induttore.
Facciamo finta che si possa avere un condensatore o una induttanza puri, cosa che in realtà è praticamente impossibile, mentre per il resistivo ci si può arrivare molto vicino.

Come saprai la corrente alternata è un flusso di elettroni che va "avanti ed indietro" 50 volte al secondo (60 volte se siamo nei paesi con sistemi a 60 Hz).
Quando la corrente alternata attraversa una resistenza, l'unica cosa che viene influenzata è l'intensità della corrente stessa.
In questo caso si ha un carico resistivo (come può essere la stufetta del tuo esempio) ed il suo fattore di potenza (o cosφ) sarà unitario.

Nel caso del condensatore e dell'induttore, invece, non viene influenzato solo l'intensità della corrente, ma anche l'andamento della corrente rispetto alla tensione.
Infatti l'induttore è un componente che si "oppone" le variazioni della corrente che lo attraversa, quindi immagina di poter osservare il flusso di elettroni dall'istante in cui la tensione e la corrente ai capi dell'induttore è nulla. Un istante dopo la tensione inizierà a salire, e vorrebbe farlo anche la corrente. Però l'induttore "si oppone" all'aumento della corrente, ritardandola. Ecco che tra tensione e corrente ci sarà uno sfasamento, che rappresenta proprio questo ritardo.
Nel condensatore, invece, avviene il contrario, è un componente che "ostacola" l'aumento della tensione. Però, dato che la tensione è imposta dalla rete, è la corrente a "correre" per cercare di caricare il condensatore, in modo da far salire la tensione. Quindi si avrà un anticipo della corrente sulla tensione, che creerà a sua volta uno sfasamento, ma di segno opposto, quindi in anticipo.

Nella realtà difficilmente si incontrano induttori o condensatori "puri", spesso si trovano componenti che sono in parte resistivi ed in parte induttivi, oppure in parte resistivi ed in parte capacitivi. Il fattore di potenza (o cosφ) rappresenta quanto un carico è sfasato, si usa questo dato particolare perché è utile per calcolare la potenza (come dice il nome stesso).
Se pensiamo per esempio ad un motore, questo non è altro che un avvolgimento di rame attorno ad un pezzo di ferro, con una parte che sta ferma ed una che gira. In pratica è pensabile come un resistore ed un induttore, che poi è come lo si schematizza in elettrotecnica. La corrente che lo attraversa sarà per questo in parte sfasata dall'induttanza, infatti ogni motore ha il suo fattore di potenza nei dati di targa.
Almeno l'itagliano sallo...
Avatar utente
Foto Utenteguzz
4.129 3 5 7
Master
Master
 
Messaggi: 2425
Iscritto il: 8 set 2011, 19:14
Località: Possagno (TV)

0
voti

[7] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteguzz » 6 mag 2021, 17:39

Mentre scrivevo il precedente messaggio ha postato anche g.schgor

Comunque, faccio un doppio post per rispondere ad una domanda particolare
ragnol ha scritto:perché se la potenza impegnata è molta (motori da centinaia di kW, per esempio) il cos φ peggiora, e quindi s'impone il rifasamento?

Non è proprio così, anzi, andando a memoria direi che più è grosso il motore più il cos φ migliora.

Il cosφ può essere visto come la quota di potenza attiva sulla potenza apparente che il carico assorbe dalla rete.
In pratica più aumenta la potenza attiva del motore, quindi la potenza che "paghi" e che genera lavoro, a parità di cosφ aumenta anche la potenza reattiva, che è sostanzialmente inutile, anzi, dannosa per l'ENEL, infatti te la fa pagare se ne immetti troppa in rete.
Da qui la necessità di rifasare i carichi.

Se vuoi che ti spiego meglio qualcosa, chiedi pure. Spero di essere stato sufficientemente chiaro
Almeno l'itagliano sallo...
Avatar utente
Foto Utenteguzz
4.129 3 5 7
Master
Master
 
Messaggi: 2425
Iscritto il: 8 set 2011, 19:14
Località: Possagno (TV)

1
voti

[8] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto UtenteGuidoB » 6 mag 2021, 22:30

La potenza reattiva (quella dovuta a carichi reattivi non rifasati) provoca un passaggio di corrente nella rete elettrica, che non viene utilizzata per produrre lavoro lato utenza.

Questa corrente che circola "oziosamente" in rete provoca comunque perdite, perché la rete di trasmissione non ha resistenza nulla, e un po' si scalda. Tutta energia elettrica che si perde in calore nella rete del gestore. Per questo il gestore penalizza gli utenti (non residenziali) che non rifasano adeguatamente.
Big fan of ƎlectroYou!
Avatar utente
Foto UtenteGuidoB
16,1k 7 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2441
Iscritto il: 3 mar 2011, 16:48
Località: Madrid

0
voti

[9] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteragnol » 7 mag 2021, 7:50

Fantastico, siete riusciti a farlo capire (con le ovvie semplificazioni) anche a me.

Il discorso che l'induttore ritarda la corrente mentre un condensatore ritarda la tensione spiega tutto (o almeno, molte cose).

Una domanda: se è vero che più il motore è grosso più il cos φ migliora, come mai invece di far fare un banco di condensatori ad una grossa azienda non fanno montare un condensatore in ogni abitazione? Carichi troppo variabili per determinare la taglia del condensatore? perché in realtà in un'abitazione civile i carichi induttivi sono comunque bassi rispetto ai resistivi?
Avatar utente
Foto Utenteragnol
43 3
New entry
New entry
 
Messaggi: 50
Iscritto il: 24 apr 2020, 9:04

0
voti

[10] Re: Condensatori di rifasamento e cos φ...intuitivamente

Messaggioda Foto Utenteguzz » 7 mag 2021, 9:58

Hai frainteso. In primis il fatto che la taglia del motore sia correlata alla bontà del cosφ. Non è detto, dipende da vari fattori, anche da com'è alimentato il motore.

Poi credo tu non abbia capito il significato del cosφ: è il coseno di uno degli angoli del triangolo delle potenze, quindi non misura un qualcosa in termini assoluti.
Ti spiego velocemente il triangolo delle potenze. Le potenze in corrente alternata sono tre: potenza attiva P (quella che realmente ci interessa, dato che è quella che compie lavoro), potenza reattiva R (ossia il "palleggio" di energia che avviene tra carichi induttivi o capacitivi ed il generatore, che non compie lavoro) e potenza apparente S, che sarebbe l'ipotenusa del triangolo che si può costruire usando le altre due potenze come cateti. L'angolo tra potenza apparente e potenza attiva è appunto φ (o \phi, come scritto nelle formule), coincide con lo sfasamento tra tensione e corrente.
Banalmente, mettendo insieme elettrotecnica, il teorema di Pitagora ed un po' di trigonometria si può scrivere
S= V \cdot I=\sqrt {P^2+Q^2}
P= V \cdot I \cdot \cos \phi=S \cdot \cos \phi
Q= V \cdot I \cdot \sin \phi=S \cdot \sin \phi

Come già detto precedentemente, l'energia elettrica ci serve per avere la potenza attiva (P), il resto è inutile, è solo corrente che circola inutilmente per i cavi. Di per se non sarebbe un problema, tranne per il fatto che questa corrente in più impone un sovradimensionamento dei cavi, sia da parte utente che soprattutto da lato fornitore. Il fatto di avere maggiori correnti circolanti comporta anche maggiori perdite sui cavi da parte del fornitore, dato che "scaldano".

Torniamo ai conti, ti spiego con un esempio.
Supponiamo di avere un carico da 50 kW, con cosφ 0,8. Viene poi rifasato a 0,95 prima del contatore.
Facendo 4 conti, il carico da rifasare butterebbe in rete 30 kvar, mentre il rifasato ne butta 15,6 kvar. In pratica viene dimezzata la potenza reattiva, tra l'altro mi pare che ora le penali inizino a cosφ 0,99, che porterebbe ad una potenza ancora inferiore (7 kvar circa).
Considera inoltre che 50 kW sono pochissimi per uno stabilimento industriale, dove è normale trovare impianti dai 500 kW in su. Capirai che le potenze reattive che rifasando si evita di immettere in rete sono rilevanti!

Un'abitazione con carico da 3 kW, con le stesse caratteristiche di fattore di potenza, immetterebbe 1,8 kvar e se rifasato 0,95 kvar, la differenza è molto modesta e non influirebbe così tanto sulla gestione della rete.
Inoltre, non hai sbagliato quando hai supposto che le abitazioni abbiano intrinsecamente cosφ migliori, dato che il grosso dei carichi domestici hanno comportamenti resistivi.

Tieni comunque conto che anche in ambito industriale i carichi sono molto variabili, infatti per rifasare vengono usati dei rifasatori automatici che analizzano l'andamento di tensione e corrente ed in base a questo inseriscono o disinseriscono i condensatori.
Vengono previsti rifasatori fissi solo in casi particolari, tipo per i grossi trasformatori
Almeno l'itagliano sallo...
Avatar utente
Foto Utenteguzz
4.129 3 5 7
Master
Master
 
Messaggi: 2425
Iscritto il: 8 set 2011, 19:14
Località: Possagno (TV)

Prossimo

Torna a Elettrotecnica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 10 ospiti