Valori tipici Fattore di potenza

Valori tipici Fattore potenza

Questa guida è una risorsa indispensabile per chiunque sia coinvolto nella progettazione, nell’analisi o nella gestione di sistemi elettrici ed energetici. Il fattore di potenza è uno dei concetti fondamentali nell’ingegneria elettrica, e la sua comprensione è cruciale per garantire l’efficienza, la stabilità e la qualità dell’energia elettrica fornita o utilizzata in una vasta gamma di applicazioni.

Il fattore di potenza misura l’efficienza con cui un sistema elettrico trasferisce energia attiva (utile) rispetto all’energia apparente (somma di energia attiva e reattiva). Un fattore di potenza basso può comportare perdite di energia, inefficienze nell’utilizzo dell’energia elettrica e sovraccarichi delle reti elettriche. D’altra parte, un alto fattore di potenza indica un utilizzo efficiente dell’energia elettrica.

All’interno di questa guida, esploreremo una serie di valori tipici del fattore di potenza per una vasta gamma di apparecchiature e sistemi elettrici ed elettronici. Vi forniremo una panoramica dettagliata dei fattori di potenza comunemente riscontrati in diversi contesti, tra cui motori elettrici, dispositivi elettronici, apparecchiature industriali e sistemi di alimentazione.

Questi valori tipici del fattore di potenza sono una risorsa essenziale per gli ingegneri, i tecnici e gli operatori di sistemi elettrici, poiché consentono di effettuare stime accurate del consumo energetico, di identificare potenziali inefficienze e di pianificare strategie per migliorare l’efficienza energetica.

La comprensione del fattore di potenza è fondamentale per garantire il corretto funzionamento degli impianti elettrici, ridurre i costi energetici e promuovere l’efficienza energetica complessiva. Questa guida vi fornirà una conoscenza pratica e una visione chiara dei fattori di potenza tipici, aiutandovi a prendere decisioni informate nella gestione dell’energia elettrica.

Valori tipici Fattore di potenza

Il fattore di potenza (cos φ) di un carico elettrico è definito come il coseno dell’angolo di sfasamento φ fra la tensione V e la corrente I di alimentazione del carico stesso in un sistema elettrico in corrente alternata.

In un sistema elettrico con un carico puramente resistivo lo sfasamento è nullo (cos φ = 1).

 Questa è la situazione ideale: la potenza apparente VA corrisponde alla potenza attiva W e la potenza reattiva VAR è nulla.

In un sistema di tipo induttivo (motore elettrico, lampada fluorescente, etc.) con il cos φ inferiore ad 1, la potenza reattiva (parassitaria) non è nulla. Nel caso raggiunga valori elevati, bisogna tenere in considerazione la possibilità di procedere a un opportuno rifasamento del sistema (i fornitori di energia elettrica fanno pagare dei costi aggiuntivi ai clienti di utenze industriali o commerciali che abbiano un fattore di potenza al di sotto di un certo limite – solitamente 0,9, poiché ciò influenza l’efficienza delle linee di trasmissione – da considerare che con cos φ = 0,7, le perdite nel circuito risulterebbero quasi raddoppiate, dato che esse sono proporzionali al quadrato della corrente).

Inoltre, tutti i componenti del sistema (generatori, cavi, trasformatori) dovrebbero essere di dimensioni maggiorate per trasportare la maggior corrente necessaria, con un ovvio aggravio dei costi.    

Il fattore di potenza si misura con uno strumento denominato “Cosfimetro”.

Valori tipici Fattore potenza

Differenza fra potenza Attiva, Reattiva e Apparente:

Attiva (reale): è quella realmente consumata da un carico – si indica con W;

Reattiva: essendo un’energia di scambio fra la linea di alimentazione ed il carico induttivo, non dà consumi – si indica con VAR;

Apparente: è, la somma (in quadratura) tra la potenza attiva e quella reattiva – si indica con VA.

Nei circuiti puramente resistivi con particolari utilizzatori (lampadine a incandescenza, scaldacqua, forni, ecc.), la potenza apparente assorbita è tutta potenza attiva (cos φ = 1).

Nei circuiti con utilizzatori che hanno al loro interno avvolgimenti atti a creare campi magnetici variabili (motori, saldatrici, alimentatori lampade fluorescenti, trasformatori, ecc.), parte della potenza assorbita non è impiegata come potenza attiva W ma come potenza reattiva VAR (cos φ < 1).  

W – potenza attiva

VAR – potenza reattiva

VA – potenza apparente

φ – angolo di sfasamento

Come correggere il fattore di potenza (cos φ tendente a 1)

Il fattore di potenza (cos φ) di carichi lineari può essere corretto attraverso una rete passiva di capacitori (condensatori di rifasamento) in modo da avere un valore il più possibile prossimo a 1, condizione necessaria ad indicare che tutta l’energia fornita dalla sorgente è consumata dal carico.

Per correggere il fattore di potenza (rifasare il sistema), è necessario fornire energia reattiva di segno opposto (aggiungendo condensatori che azzerano gli effetti induttivi o capacitivi del carico).

I dispositivi per la correzione del fattore di potenza (rifasatori) possono essere collocati in una postazione centralizzata dell’impianto elettrico, sparsi lungo di esso, o inseriti all’interno dei singoli carichi induttivi. 

Valori tipici del Fattore di potenza (cos φ)

Il fattore di potenza (cos φ) misura un fenomeno che si manifesta quando i carichi non sono puramente resistivi (come una lampada o una stufa) ma includono avvolgimenti elettrici o condensatori.

Tali carichi immagazzinano l’energia sotto forma di campo magnetico (nel caso siano avvolgimenti di filo) o di campo elettrico (per i condensatori) e la restituiscono ciclicamente ad ogni semionda alla rete, senza realmente “consumarla”.

Una parte della corrente quindi transita “avanti e indietro”, può essere misurata, ma non contribuisce realmente al consumo vero in Watt (Potenza Attiva W).

Ecco perché il consumo vero è sempre inferiore al valore in V.A. (Potenza apparente VA).

Si manifesta uno sfasamento tra tensione e corrente che viene espresso da un valore detto cos φ (coseno trigonometrico dell’angolo tra i vettori di tensione e corrente, chiamato con la lettera greca φ).

Il cos φ o fattore di potenza può variare tra 0 e 1.
La potenza attiva (W) è espressa in Watt ed è uguale a:

Potenza Attiva (W) = Potenza Apparente (VA) x fattore di potenza (cos φ) – W = VA x cos φ – dove V e A sono rispettivamente i Volt e gli Ampere

Valori tipici

Apparecchiature	Fattore di potenza cos φ
Motore asincrono con fattore di carico a 0%	0,17
Motore asincrono con fattore di carico a 25%	0,55
Motore asincrono con fattore di carico a 50%	0,73
Motore asincrono con fattore di carico a 75%	0,8
Motore asincrono con fattore di carico a 100%	0,85
Lampade ad incandescenza	1
Lampade fluorescenti non rifasate	0,5
Lampade fluorescenti rifasate	0,93
Lampada a scarica	0,4 – 0,6
Forni a resistenza	1
Forni ad induzione	0,85
Forni a perdite dielettriche	0,85
Saldatrice a punti	0,8 – 0,9
Saldatura ad arco alimentata da gruppo statico monofase	0,5
Saldatura ad arco alimentata da gruppo rotante	0,7 – 0,9
Saldatura arco alimentata da gruppo trasformatore/raddrizzatore	0,7 – 0,8
Forni ad arco	0,8

Formule

V	Tensione	Volt	V
I	Corrente	Ampere	A
R	Resistenza	Ohm	W
P	Potenza	Watt	W
Fattore di potenza	Sfasamento	n	cos φ

P= V x I x cos φ

P= V x I x cos φ x 1,73

Fattore di potenza =		cos φ =	P attiva	=	VI cos φ
			P apparente		VI

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