Che cosa è il fattore di potenza (PF)

2019-01-11 23:28:19

In ingegneria elettrica, il fattore di potenza di un sistema elettrico AC è definito come il rapporto tra la potenza reale assorbita dal carico e la potenza apparente che scorre nel circuito, ed è un numero adimensionale nell'intervallo chiuso di ?1 a 1. Un fattore di potenza inferiore a uno indica che la tensione e la corrente non sono in fase, riducendo il prodotto istantaneo dei due. La potenza reale è il prodotto istantaneo di tensione e corrente e rappresenta la capacità dell'elettricità di svolgere lavoro. La potenza apparente è il prodotto medio di corrente e tensione. A causa dell'energia immagazzinata nel carico e restituita alla sorgente, o a causa di un carico non lineare che distorce la forma d'onda della corrente prelevata dalla sorgente, la potenza apparente può essere maggiore della potenza reale. Un fattore di potenza negativo si verifica quando il dispositivo (che normalmente è il carico) genera potenza, che poi fluisce di nuovo verso la sorgente.

 

In un sistema di alimentazione elettrica, un carico con un basso fattore di potenza assorbe più corrente di un carico con un alto fattore di potenza per la stessa quantità di potenza utile trasferita. Le correnti più elevate aumentano l'energia persa nel sistema di distribuzione e richiedono cavi e altre apparecchiature più grandi. A causa dei costi di apparecchiature più grandi e dell'energia sprecata, le aziende elettriche di solito addebiteranno un costo più elevato ai clienti industriali o commerciali in cui vi è un basso fattore di potenza.

 

La correzione del fattore di potenza aumenta il fattore di potenza di un carico, migliorando l'efficienza del sistema di distribuzione a cui è collegato. I carichi lineari con basso fattore di potenza (come i motori a induzione) possono essere corretti con una rete passiva di condensatori o induttori. I carichi non lineari, come i raddrizzatori, distorcono la corrente assorbita dal sistema. In tali casi, la correzione del fattore di potenza attiva o passiva può essere utilizzata per contrastare la distorsione e aumentare il fattore di potenza. I dispositivi per la correzione del fattore di potenza possono essere in una sottostazione centrale, distribuiti su un sistema di distribuzione o integrati in apparecchiature che consumano energia.

 

 

Banco di condensatori da 75 Mvar in una sottostazione da 150 kV

I fattori di potenza inferiori a 1.0 richiedono che un'utility generi più del minimo volt-ampere necessario per fornire la potenza effettiva (watt). Ciò aumenta i costi di generazione e trasmissione. Ad esempio, se il fattore di potenza del carico fosse basso quanto 0.7, la potenza apparente sarebbe 1.4 volte la potenza effettiva utilizzata dal carico. Anche la corrente di linea nel circuito sarebbe 1.4 volte la corrente richiesta a un fattore di potenza di 1.0, quindi le perdite nel circuito raddoppierebbero (poiché sono proporzionali al quadrato della corrente). In alternativa, tutti i componenti del sistema come generatori, conduttori, trasformatori e quadri elettrici aumenterebbero di dimensioni (e costi) per trasportare la corrente extra. Quando il fattore di potenza è vicino all'unità, per la stessa potenza nominale in KVA del trasformatore è possibile collegare più carico.

 

Le utility solitamente addebitano costi aggiuntivi ai clienti commerciali che hanno un fattore di potenza al di sotto di un certo limite, che è solitamente compreso tra 0.9 e 0.95. Gli ingegneri sono spesso interessati al fattore di potenza di un carico come uno dei fattori che influenzano l'efficienza della trasmissione di potenza.

 

Con l'aumento del costo dell'energia e le preoccupazioni per l'erogazione efficiente di potenza, il PFC attivo è diventato più comune nell'elettronica di consumo. Le attuali linee guida Energy Star per i computer richiedono un fattore di potenza ≥ 0.9 al 100% della potenza nominale nell'alimentatore del PC. Secondo un white paper redatto da Intel e dall'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti, i PC con alimentatori interni richiederanno l'uso della correzione del fattore di potenza attiva per soddisfare i requisiti del programma ENERGY STAR 5.0 per i computer.

 

In Europa, la norma EN 61000-3-2 richiede che la correzione del fattore di potenza sia incorporata nei prodotti di consumo.

 

Ai piccoli clienti, come le abitazioni, in genere non viene addebitata la potenza reattiva e pertanto non verranno installate apparecchiature di misurazione del fattore di potenza per tali clienti.