Che cos’è la Power Quality (Qualità dell’energia elettrica) e come misurarla con un analizzatore di rete

Che cos’è la power quality o qualità dell’energia elettrica

La Power Quality o Qualità dell’energia elettrica si riferisce al grado di corrispondenza tra le caratteristiche della tensione di alimentazione elettrica (come ampiezza, frequenza, forma d’onda e simmetria) e i valori ideali di riferimento stabiliti dalle normative. Una tensione elettrica di qualità elevata è essenziale per garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature e dei sistemi elettrici.

I cambiamenti nel settore energetico, come la liberalizzazione del mercato e la diffusione di impianti di generazione distribuita alimentati da fonti rinnovabili, hanno introdotto nuove sfide. A ciò si aggiunge la crescente presenza di apparecchiature elettroniche sensibili, che possono generare correnti distorte e amplificare i disturbi e subire a loro volta danni o malfunzionamenti in presenza di una energia elettrica di bassa qualità. Questi fenomeni, se non gestiti, compromettono la stabilità della rete e causano malfunzionamenti o riduzioni dell’efficienza delle apparecchiature.

La Power Quality abbraccia sia la qualità della tensione fornita ai terminali dell’utente, che deve essere il più possibile vicina ai valori nominali, sia la qualità della corrente assorbita dai carichi, che influisce sulle condizioni generali della rete. Il monitoraggio e la gestione della Power Quality, conformemente a norme come la CEI EN 50160, sono fondamentali per garantire un sistema elettrico affidabile ed efficiente.

I Principali Problemi di Scarsa Qualità dell’Energia Elettrica

Di seguito sono elencati i principali problemi legati alla scarsa qualità dell’energia elettrica e le loro implicazioni.

1. Disturbi della Tensione

I disturbi della tensione rappresentano uno dei problemi più comuni e includono:

• Buchi di tensione (Voltage Sag): Riduzione temporanea della tensione tra il 10% e il 90% del valore nominale, spesso causata da cortocircuiti o dall’inserzione di grossi carichi.
• Sovratensioni (Voltage Swell): Aumento temporaneo della tensione fino al 180% del valore nominale, frequentemente associato a guasti o disconnessioni improvvise di carichi.
• Interruzioni: Mancanza totale di tensione, che può essere breve (<3 minuti) o prolungata (>3 minuti).

2. Distorsioni della Forma d’Onda

La tensione ideale dovrebbe essere una sinusoide perfetta. Tuttavia, diversi fenomeni possono alterare questa forma:

• Armoniche: Componenti sinusoidali a frequenze multiple della fondamentale, causate principalmente da carichi non lineari.
• Interarmoniche: Componenti a frequenze non multiple della fondamentale, che possono indurre flicker (sfarfallio delle luci).
• Noise: Rumore ad alta frequenza sovrapposto alla tensione nominale, derivante da apparecchiature elettroniche o interferenze esterne.

3. Squilibri e Dissimettrie

In un sistema trifase, gli squilibri possono manifestarsi come:

• Dissimmetrie delle tensioni: Differenze di ampiezza o angolo di fase tra le tre tensioni.
• Squilibrio delle correnti: Generato dall’alimentazione di carichi monofase collegati a una rete trifase.

4. Variazioni di Frequenza

Le variazioni di frequenza, anche se contenute entro limiti stretti (frazioni di Hz), possono influenzare negativamente la sincronizzazione degli alternatori e il funzionamento degli apparecchi sensibili.

5. Transitori

I transitori sono variazioni improvvise e di breve durata della tensione o corrente. Si distinguono in:

• Transitori impulsivi: Rapide variazioni unipolari, spesso causate da fulminazioni.
• Transitori oscillatori: Variazioni oscillanti bipolari, originate dall’inserzione di apparecchi come trasformatori o condensatori.

6. Flicker

Il flicker è un fenomeno che provoca variazioni rapide della tensione, percepibili come sfarfallii delle luci. Anche piccole variazioni possono risultare fastidiose, specialmente se ripetitive.

7. Cause Principali

Le cause dei disturbi possono essere attribuite a:

• Reti di distribuzione: Guasti, isolamento insufficiente e condizioni atmosferiche.
• Impianti degli utenti: Errato dimensionamento o carichi che generano disturbi.
• Impianti di utenti vicini: Presenza di apparecchiature con comportamento non lineare, come forni ad arco e grossi azionamenti.

Quali parametri di power quality si possono misurare con un analizzatore di rete

Un analizzatore di rete è uno strumento fondamentale per il monitoraggio, la diagnosi e l’ottimizzazione dei sistemi elettrici. Questo articolo illustra le principali funzionalità, modalità di utilizzo e misure effettuabili di un analizzatore di rete, prendendo come riferimento il modello HT Italia PQA820.

Rilevamento di Anomalie di Tensione

Lo strumento identifica eventi come buchi (sottotensioni) o picchi (sovratensioni) confrontando i valori efficaci misurati ogni 10 ms con soglie preimpostate (±1% – ±30% del valore nominale). È previsto un meccanismo di isteresi per evitare registrazioni spurie dovute al rumore elettrico.

Dati registrati per ogni anomalia:

• Fase interessata.
• Direzione dell’anomalia (UP per picchi, DN per buchi).
• Ora e data dell’evento.
• Durata con risoluzione di 10 ms.
• Valore minimo o massimo rilevato.

Analisi delle Armoniche

Lo strumento analizza la distorsione armonica delle onde di tensione e corrente fino alla 40ª armonica. L’indice principale utilizzato è il THD (Total Harmonic Distortion), che quantifica la distorsione complessiva:

​​

La normativa EN50160 stabilisce che il THD della tensione non deve superare l’8% e fornisce limiti per armoniche specifiche.

Misurazione delle Potenze

Lo strumento misura:

• Potenza attiva (P): energia effettivamente utilizzata.
• Potenza reattiva (Q): energia associata ai campi elettrici e magnetici.
• Potenza apparente (S): combinazione delle due precedenti.
• Fattore di potenza (FP): rapporto tra potenza attiva e potenza apparente.

Periodo di Integrazione

Per ottimizzare la memorizzazione, i valori vengono integrati su un periodo definibile (da 5 secondi a 60 minuti), registrando:

• Valore minimo.
• Valore massimo.
• Valore medio.

​Scegliere l’analizzatore di rete: acquisto o noleggio (con e senza operatore), fisso o mobile

Nel momento in cui si prende atto che il proprio impianto è affetto da problemi di qualità dell’energia, che siano armoniche, sovratensioni, buchi di tensione o altri fenomeni tra quelli sopra descritti, le scelte che si possono effettuare sono diverse e dipendono dalle esigenze del cliente:

Analisi e report del problema mediante noleggio con operatore dell’analizzatore di rete

La soluzione più veloce e immediata è noleggiare un analizzatore di rete e il relativo servizio di un tecnico che sia in grado di utilizzarlo, memorizzare i dati ed estrarli per un report di analisi delle problematiche riscontrate, in modo da suggerire e concordare con il proprio progettista elettrico e installatore la soluzione migliore per risolvere il problema.

Noleggio dell’analizzatore di rete

Se invece si dispone già internamente di tecnici con competenze sufficienti ad utilizzare un analizzatore di rete, estrarne i dati ed analizzarli, sarà sufficiente noleggiare lo strumento. Questa soluzione va però vagliata attentamente, perché bisogna essere certi che lo strumento scelto abbia tutte le funzionalità necessarie e, inoltre, accertarsi che il software di estrazione ed analisi dei dati non richieda costose licenze che, per un uso una tantum, potrebbero costare più del ricorso ad un tecnico specializzato che dispone già di tali strumenti informatici.

Nel nostro catalogo, il modello che puoi trovare è il seguente:

Acquisto e installazione di un analizzatore di rete fisso

Quando l’esigenza del cliente non è un’analisi a spot della qualità della rete per l’individuazione e la risoluzione di un problema di power quality, ma il monitoraggio continuo della qualità dell’energia elettrica nel proprio impianto, esistono appositi analizzatori di rete da quadro che, installati sul quadro generale o in più sottoquadri, permettono di monitorare nel tempo parametri quali tensione, frequenza, distorsione armonica, potenza ed energia attiva e reattiva.

Ecco alcuni esempi disponibili nel nostro catalogo:

Il tutto può essere letto e memorizzato su propri sistemi gestionali da un operatore o esistono appositi software di monitoraggio e memorizzazione forniti direttamente dal produttore dell’analizzatore di rete.