Rifasare è una pratica impiantistica importante per consentire di ottemperare agli obblighi dall’ARERA, ma anche per centrare obiettivi di efficienza energetica. Se l’impianto elettrico è collegato a un generatore fotovoltaico in parallelo alla rete, sono necessari accorgimenti tecnici per far funzionare correttamente il sistema di rifasamento.
L’ARERA con delibera 654/2015/R/eel, Allegato A, ha fissato le regole relative al minimo fattore di potenza, corrispondente alla massima energia reattiva prelevata dalla rete, per gli utenti non domestici che prelevano energia:
- in media tensione;
- in bassa tensione con potenza disponibile Pdis > 16,5 kW (corrispondenti a una potenza contrattualmente impegnata, Pimp > 15 kW).
Gli utenti non domestici in bassa tensione con Pimp minore o uguale a 15 kW e quelli domestici non devono preoccuparsi del rifasamento.
Il Distributore si riserva la facoltà di far adeguare agli utenti i propri impianti o di sospendere l’erogazione del servizio in uno dei seguenti casi:
- il fattore di potenza medio mensile è inferiore a 0,7;
- il fattore di potenza istantaneo (in corrispondenza del massimo carico nelle fasce F1 e F2) è inferiore a 0,9;
- il carico è prevalentemente capacitivo (in genere per eccesso di rifasamento).
Inoltre, sono previsti corrispettivi penali in bolletta se il fattore di potenza medio mensile (in ciascuna fascia F1 ed F2) scende sotto il valore limite di 0,95. Nulla è previsto se tale limite è superato in fascia F3.
Le penali vengono aggiornate dall’autorità il 1° gennaio di ogni anno.
Dal 1° aprile 2023 verranno applicati corrispettivi anche per chi immette energia reattiva in rete ma solamente in fascia F3: il loro valore sarà uguale ai corrispettivi per il prelievo dalla rete di energia reattiva con fattore di potenza minore di 0,8.
Ma in cosa consiste il rifasamento e perché è importante rifasare?
In regime sinusoidale, ogni volta che un carico elettrico non è puramente resistivo ma presenta una parte “reattiva” tra la tensione di alimentazione e la corrente che circola nell’impianto, si viene a creare uno sfasamento angolare, quantificabile tramite il fattore di potenza o cosφ. Ciò capita quando nell’impianto sono presenti componenti induttivi come bobine, trasformatori, avvolgimenti dei motori, ecc.
Sfasamento tra tensione e corrente
Se rappresentiamo, come normalmente si opera in elettrotecnica, la tensione e la corrente mediante i corrispondenti vettori rotanti (fasori), la situazione può essere graficamente rappresentata come nella parte sinistra di figura 1.
Si nota come la corrente possa essere scomposta in due compenti: una dovuta alla parte resistiva del carico in fase con la tensione (IR), l’altra ortogonale alla tensione dovuta alla parte reattiva del carico (IL). La corrente totale I, data dalla somma vettoriale di IR e IL, risulta sfasata e l’angolo φ in ritardo rispetto alla tensione. A questo sfasamento fra la tensione e la corrente corrisponde, dal punto di vista energetico, la comparsa nell’impianto di tre forme di potenza:
- potenza attiva: potenza elettrica richiesta alla rete dalla parte resistiva del carico e trasformata da questo in potenza utile in uscita (meccanica, termica…);
- potenza reattiva: potenza elettrica richiesta alla rete dalla parte reattiva del carico e utilizzata da questo per creare il campo magnetico necessario al suo funzionamento ma non trasformata in potenza utile;
- potenza apparente: combinazione della potenza attiva e di quella reattiva, corrispondente alla potenza complessiva richiesta alla rete dal carico complessivo.
Dalla parte destra della figura 1 è possibile visualizzare quanto sopra descritto e desumere, tramite semplici passaggi di trigonometria, che:
- P= S · cosφ = … essendo S= V · I … = V · I · cosφ
- Q= S · sinφ = … essendo S= V · I … = V · I · sinφ
Mettendo a rapporto le due relazioni, si ottiene:
tgφ = sinφ / cosφ = Q / P.
La relazione finale esprime matematicamente il concetto secondo cui l’angolo di sfasamento tra V e I dipende da quanta potenza reattiva Q è assorbita dalla rete rispetto a quella attiva P.
Rifasare l’impianto significa, quindi, ridurre la potenza reat tiva a parità di potenza attiva. Per rifasare è necessario introdurre nell’impianto un componente in grado di ridurre l’angolo al di sotto della soglia imposta dall’autorità che vale φ = arcos (0,95) = 18,2°. Il capacitore andrà inserito in parallelo al carico o ai carichi (a gruppi omogenei o tutti) da rifasare.
Rifasare un impianto: efficacia e metodi
La figura 2 mette in evidenza la situazione delle potenze prima (triangolo a sinistra) e dopo (triangolo a destra) del rifasamento: la potenza reattiva Q inizialmente assorbita dall’impianto, si riduce al valore Qr grazie alla potenza reattiva di segno opposto fornita dal sistema di rifasamento, Qc. La potenza attiva, invece – richiesta dagli utilizzatori per funzionare – rimane invariata. Conseguentemente la potenza apparente si riduce da S a Sr e numericamente si avvicina al valore di P consentendo quindi al Servizio Elettrico Nazionale di veicolare sulla sua rete correnti commisurate al valore di corrente utile assorbito dagli utilizzatori.
L’angolo di sfasamento si riduce dal valore φ al valore φr con il cosφr che si avvicina all’unità. Vi sono diversi metodi per implementare il rifasamento:
- rifasamento distribuito: consiste nell’inserimento di una batteria di capacitori di rifasamento in parallelo a ogni carico che presenta una reattanza induttiva (normalmente i motori);
- rifasamento parziale: prevede il rifasamento a gruppi di utilizzatori dalle caratteristiche funzionali confrontabili;
- rifasamento centralizzato a potenza costante: agisce rifasando l’intero carico reattivo con un’unica batteria di rifasamento, normalmente inserita all’origine della distribuzione;
- rifasamento centralizzato automatico: agisce rifasando l’intero carico reattivo con un’unica batteria di rifasamento dotata però di una centralina elettronica in grado di parzializzare, mediante inserimento a gradini, la reattanza capacitiva in funzione del valore istantaneo del fattore di potenza introdotto dal carico induttivo; normalmente il sistema di rifasamento è inserito all’origine della distribuzione;
- rifasamento misto: consiste in un’applicazione dei diversi metodi di rifasamento all’interno dello stesso impianto da rifasare.
Gli elementi che indirizzano la scelta progettuale su una delle soluzioni sopra elencate sono molteplici. Tra essi va citata sicuramente l’economia dell’intervento che tende a salire con la delocalizzazione del rifasamento e a scendere con la sua centralizzazione. Anche i relativi benefici variano in funzione della capillarità dell’installazione dei capacitori di rifasamento: più si spinge l’inserimento di tali componenti verso il singolo carico, tanto più si relega a valle la circolazione della corrente reattiva (IR), ottimizzando in tal modo il dimensionamento di tutti i circuiti a monte in cui circola solo la componente attiva (IA). Più ci si mantiene a monte tanto più si consente alla corrente reattiva di circolare nei vari circuiti dell’impianto con conseguenti sovradimensionamento delle sezioni dei cavi e aumento delle perdite per effetto Joule. Il tutto a parità di effetto rifasante.
La figura 3 chiarisce questi concetti nell’ipotesi che il rifasamento sia a cosφ = 1.
Rifasamento e fotovoltaico
Come la presenza di un generatore fotovoltaico può alterare i meccanismi appena sopra descritti?
Si consideri il caso – assai frequente – di un impianto esistente in cui viene installato un generatore fotovoltaico che, normalmente, fornisce solo potenza attiva. Mentre la potenza reattiva richiesta alla rete è sempre la stessa, quella attiva diminuisce della quantità pari a quella fornita dal generatore fotovoltaico, come è raffigurato nella figura 4.
Se l’impianto utilizzatore non è rifasato, è possibile dimostrare tramite semplici passaggi calcoli che la condizione limite che comporta l’addebito dei corrispettivi in bolletta per la reattiva passa da φlim-R = 18,2° al valore φlim-I = arctg [0,33 · (1 – PFV / PI)] che dipende da:
- PI: potenza attiva assorbita dai carichi;
- PFV: potenza attiva fornita dal FV.
Come si può osservare, i valori limite lato rete e lato utente sono differenti e coincidono solo nel caso in cui risulta PFV pari a zero. Inoltre, è evidente che: φlim-I < φlim-R e, quindi, cosφlim-I > cosφlim-R.
La presenza del generatore FV rende quindi più stringenti per l’utente le condizioni da rispettare per evitare i corrispettivi tariffari. Tali condizioni diventano inoltre tanto più severe tanto è maggiore la taglia del generatore FV rispetto alla potenza attiva assorbita. Se si vuole rifasare l’impianto basta basarsi su questo nuovo limite per regolare opportunamente la centralina del sistema di rifasamento, qualora si utilizzi quello automatico centralizzato.
Se invece l’impianto utilizzatore è rifasato e la centralina del sistema di rifasamento ha il TA a valle del FV (si veda la figura 4), questa sarà stata regolata in modo tale da garantire un valore di cosφset > 0,95. In base a tale set point, il sistema di rifasamento fornisce un contributo reattivo pari a QRIF = PI · (tgφI– tgφset ), dove:
- PI: potenza attiva assorbita dai carichi (rete);
- φI: angolo di sfasamento prima del rifasamento;
- φset : angolo di sfasamento finale.
Analogamente al caso precedente, la presenza del generatore fotovoltaico comporta una variazione della condizione limite di assoggettabilità dell’utente ai corrispettivi tariffari che diventa: φlim-I = arctg [0,33 · (1 – PFV / PI)].
È necessario verificare che il valore di regolazione della centralina del sistema di rifasamento sia ancora idonea a coprire il fabbisogno di reattiva relativo al nuovo limite: φset < φlim-I e, quindi cosφset > cosφlim-I.
La verifica può comportare il semplice aggiornamento del set point della centralina del sistema di rifasamento oppure l’aumento della capacità dei condensatori. Nel caso in cui i TA della centralina fossero inseriti a monte del generatore fotovoltaico (lato rete) non è necessario variare la taratura della centralina – il rifasatore opera direttamente sul rapporto QR / QP– ma potrebbe essere necessario incrementare la capacità dei condensatori.
