Caduta di tensione negli impianti industriali: cause, conseguenze e soluzioni
La caduta di tensione negli impianti industriali può compromettere il funzionamento di motori, inverter e sistemi di automazione. In questo articolo analizziamo le cause principali, gli effetti sull’impianto e le soluzioni per garantire efficienza, affidabilità e continuità operativa.
La caduta di tensione negli impianti industriali è un fenomeno che può influire direttamente sul corretto funzionamento di motori, inverter, macchinari e sistemi di automazione. Un motore che fatica ad avviarsi o una macchina che non lavora nelle condizioni previste non indicano necessariamente un guasto dell’apparecchiatura. In alcuni casi, il problema può trovarsi nella linea di alimentazione.
Il fenomeno assume particolare importanza negli stabilimenti produttivi. Qui le distanze possono essere elevate, le potenze in gioco considerevoli e i carichi molto diversi tra loro.
Una caduta di tensione eccessiva può quindi influire sulle prestazioni delle apparecchiature e sull’efficienza dell’intero sistema elettrico. Per questo deve essere considerata già durante la progettazione e verificata nuovamente quando un impianto viene modificato o ampliato.
Che cos’è la caduta di tensione?
La tensione disponibile all’origine di una linea elettrica non coincide perfettamente con quella presente al punto di utilizzo. I conduttori possiedono infatti una propria impedenza e, quando sono attraversati dalla corrente, determinano una perdita di tensione lungo il percorso.
In termini semplici, la caduta di tensione è la differenza tra la tensione presente all’inizio della linea e quella effettivamente disponibile sul carico.
Una certa caduta è quindi inevitabile. Il problema nasce quando raggiunge valori tali da compromettere il corretto funzionamento delle apparecchiature alimentate.
Negli impianti industriali la verifica assume particolare rilevanza. Una stessa distribuzione può infatti alimentare motori, inverter, sistemi di automazione, linee produttive e altre utenze con caratteristiche molto differenti.
Caduta di tensione e buco di tensione: due fenomeni diversi
È importante non confondere la caduta di tensione con il buco di tensione.
La prima è legata principalmente alle caratteristiche della linea e alle condizioni di carico. Il suo valore dipende quindi dal dimensionamento dei conduttori, dalla loro lunghezza, dalla corrente che li attraversa e dalle caratteristiche elettriche del circuito.
Un buco di tensione, invece, consiste in una riduzione temporanea della tensione di alimentazione. Può essere causato da eventi che interessano la rete o l’impianto e avere una durata relativamente breve.
La differenza non è soltanto terminologica. Identificare correttamente il fenomeno è indispensabile perché diagnosi e soluzioni sono differenti.
Abbiamo già approfondito questo secondo fenomeno nell’articolo dedicato ai buchi di tensione industriali, analizzandone le conseguenze su PLC, inverter e sistemi di automazione.
Da cosa dipende la caduta di tensione?
Sono diversi i parametri che determinano la tensione effettivamente disponibile alla fine di una linea.
Uno dei più importanti è la lunghezza dei conduttori. A parità delle altre condizioni, aumentando la distanza tra il punto di alimentazione e il carico aumenta anche la caduta di tensione.
Un secondo elemento fondamentale è la sezione del cavo. Una sezione non adeguata alle caratteristiche della linea può produrre una caduta maggiore e aumentare le perdite.
Conta naturalmente anche la corrente assorbita dal carico. All’aumentare della corrente cresce infatti la caduta lungo il circuito.
Negli impianti in corrente alternata occorre inoltre considerare le componenti resistive e reattive della linea e le caratteristiche del carico, compreso il fattore di potenza.
È quindi evidente perché il semplice controllo della sezione del cavo non sia sufficiente. La linea deve essere valutata nel suo complesso e nelle effettive condizioni di esercizio.
Perché negli impianti industriali il problema è particolarmente importante
La caduta di tensione negli impianti industriali assume particolare importanza quando le distanze tra il quadro di distribuzione e le utenze diventano elevate.
In un piccolo impianto le distanze tra quadro e utilizzatore sono generalmente contenute. In uno stabilimento produttivo la situazione può essere completamente diversa.
Un quadro generale può alimentare quadri secondari situati a notevole distanza. Da questi possono partire ulteriori linee destinate a macchinari, motori o interi reparti produttivi.
Inoltre, gli impianti industriali cambiano nel tempo. Nuove macchine vengono installate, altre vengono sostituite e alcune linee possono essere utilizzate per carichi diversi rispetto a quelli previsti inizialmente.
Un circuito correttamente dimensionato al momento della realizzazione potrebbe quindi non trovarsi più nelle stesse condizioni dopo diversi ampliamenti.
Per questo la verifica della caduta di tensione è importante non soltanto in fase di progettazione, ma anche quando si interviene su un impianto esistente.
Quali conseguenze può provocare una caduta di tensione eccessiva?
Gli effetti dipendono dal tipo di apparecchiatura alimentata e dall’entità del fenomeno.
I motori elettrici, ad esempio, possono risentire di una tensione di alimentazione non adeguata. In determinate condizioni possono aumentare le correnti assorbite e peggiorare le condizioni di funzionamento.
Anche inverter, contattori, sistemi elettronici e apparecchiature di automazione devono operare entro determinati intervalli di tensione. Un’alimentazione non corretta può generare anomalie, interventi indesiderati o prestazioni differenti da quelle previste dal costruttore.
In un ambiente produttivo il problema non riguarda soltanto il singolo componente. Un’anomalia elettrica può ripercuotersi sul processo, provocando rallentamenti o interruzioni della produzione.
Per questo la corretta alimentazione delle utenze rientra in una strategia più ampia dedicata alla continuità elettrica negli impianti industriali.
Il problema può emergere durante l’avviamento dei motori
Una situazione particolarmente significativa è quella dell’avviamento.
Durante questa fase alcuni motori possono richiedere una corrente sensibilmente superiore a quella assorbita durante il normale funzionamento. La maggiore corrente determina anche un aumento momentaneo della caduta di tensione lungo la linea.
Se il circuito presenta già condizioni critiche, l’avviamento di un carico importante può quindi rendere il problema più evidente.
È uno dei motivi per cui la progettazione della distribuzione elettrica industriale non può basarsi esclusivamente sulle condizioni nominali di funzionamento.
Occorre considerare anche le condizioni più gravose che possono verificarsi durante l’esercizio dell’impianto.
Come si verifica la caduta di tensione
La verifica parte dalla conoscenza delle caratteristiche della linea e del carico.
Il progettista considera la tensione nominale, la corrente prevista, la lunghezza della linea, la sezione e il materiale dei conduttori. A questi dati si aggiungono i parametri elettrici necessari in funzione del tipo di circuito e del carico alimentato.
Il risultato viene normalmente espresso anche come percentuale rispetto alla tensione nominale. In questo modo è possibile valutare immediatamente l’entità della perdita lungo la linea.
Negli impianti articolati, il calcolo deve considerare l’intero percorso dell’alimentazione. Non basta quindi analizzare soltanto l’ultimo tratto che raggiunge la macchina.
Una progettazione corretta verifica che la tensione effettivamente disponibile sull’utilizzatore rimanga compatibile con le condizioni previste per il suo funzionamento.
La verifica deve inoltre essere eseguita considerando le prescrizioni della normativa tecnica applicabile. Per gli impianti elettrici utilizzatori in bassa tensione, uno dei principali riferimenti nazionali è la Norma CEI 64-8, che comprende anche le indicazioni relative alla caduta di tensione.
La verifica non riguarda soltanto i nuovi impianti
La caduta di tensione dovrebbe essere rivalutata anche quando viene modificata la distribuzione esistente.
L’installazione di una nuova macchina, l’aumento della potenza di un reparto o il prolungamento di una linea possono modificare le condizioni originarie dell’impianto.
Lo stesso vale quando una linea viene riutilizzata per alimentare un’apparecchiatura con caratteristiche differenti.
Prima di procedere con un ampliamento è quindi opportuno verificare che cavi, protezioni e distribuzione esistente siano ancora adeguati al nuovo carico.
Questo approccio permette anche di evitare interventi basati esclusivamente sulla sostituzione dell’apparecchiatura che manifesta il problema, quando la causa reale si trova invece nella linea di alimentazione.
Come ridurre una caduta di tensione eccessiva
La soluzione dipende dalla causa individuata.
In fase di progettazione è possibile intervenire innanzitutto sul corretto dimensionamento della sezione dei conduttori. Quando necessario, una sezione maggiore consente di ridurre l’impedenza della linea e contenere la relativa caduta di tensione.
Anche la configurazione della distribuzione può essere ottimizzata. La posizione dei quadri secondari, i percorsi dei cavi e la suddivisione dei carichi possono incidere significativamente sul risultato finale.
Negli impianti esistenti, invece, occorre prima comprendere perché la situazione sia diventata critica. Aumentare semplicemente la sezione di un cavo senza analizzare l’intero circuito non rappresenta necessariamente la soluzione migliore.
La verifica deve considerare anche le protezioni installate, le condizioni di posa, i carichi realmente presenti e gli eventuali ampliamenti effettuati nel tempo.
Dimensionamento dei cavi, sicurezza ed efficienza
Un corretto dimensionamento dei conduttori non serve soltanto a contenere la caduta di tensione.
La scelta dei cavi deve tenere conto della portata, delle condizioni di posa, della protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti e delle caratteristiche complessive dell’impianto.
Sono aspetti strettamente collegati tra loro.
Una distribuzione progettata correttamente permette di contenere le perdite e garantire condizioni di alimentazione adeguate alle apparecchiature. Contribuisce inoltre all’affidabilità complessiva dell’impianto.
Per questo la verifica della caduta di tensione deve essere considerata come una parte della progettazione elettrica, non come un calcolo isolato.
Un parametro da rivalutare quando l’impianto cambia
Gli impianti industriali raramente rimangono identici per tutta la loro vita operativa.
Nuove linee produttive, ampliamenti, macchinari più potenti e modifiche alla distribuzione possono alterare gli equilibri originari.
Documentare gli interventi e verificare nuovamente i principali parametri elettrici permette di mantenere nel tempo la coerenza tra progetto e condizioni reali di esercizio.
È lo stesso principio che rende importanti altre verifiche, come lo studio delle correnti di cortocircuito. Quando cambia l’impianto, infatti, alcuni calcoli eseguiti in origine possono dover essere aggiornati.
Conclusioni
La caduta di tensione è un fenomeno inevitabile in qualsiasi linea elettrica, ma deve rimanere entro valori compatibili con il corretto funzionamento dell’impianto.
Negli ambienti industriali, dove potenze, distanze e condizioni operative possono essere particolarmente impegnative, una valutazione accurata diventa ancora più importante.
Controllare la caduta di tensione negli impianti industriali significa verificare che la distribuzione elettrica rimanga adeguata alle reali condizioni di esercizio, anche dopo modifiche o ampliamenti.
Dimensionare correttamente i conduttori, considerare le condizioni effettive di carico e rivalutare le linee quando l’impianto cambia permette di prevenire anomalie. Allo stesso tempo, contribuisce a migliorare l’affidabilità della distribuzione elettrica e la continuità del processo produttivo.
Affidati ad AFM Impianti Elettrici
AFM Impianti Elettrici supporta le aziende nella progettazione, verifica e adeguamento degli impianti elettrici industriali, analizzando le caratteristiche della distribuzione e le reali esigenze produttive.
Un’analisi tecnica dell’impianto permette di individuare eventuali criticità e valutare gli interventi necessari per ottenere una distribuzione elettrica sicura, efficiente e adeguata ai carichi presenti.