Cosa sono le correnti di spunto negli impianti industriali
Le correnti di spunto negli impianti industriali sono aumenti temporanei della corrente assorbita che si verificano quando determinate apparecchiature elettriche vengono messe in funzione.
Il fenomeno è particolarmente importante nel caso dei motori elettrici, molto diffusi negli stabilimenti produttivi per azionare pompe, ventilatori, compressori, nastri trasportatori e numerosi altri macchinari.
Durante l’avviamento, un motore può richiedere per un breve periodo una corrente sensibilmente superiore a quella assorbita durante il normale funzionamento. Nell’avviamento diretto il picco può raggiungere diverse volte la corrente nominale.
La presenza di una corrente elevata durante l’avviamento non rappresenta quindi necessariamente un’anomalia. Il problema nasce quando l’impianto elettrico non è stato progettato o verificato tenendo conto di questi picchi.
Perché un motore assorbe più corrente all’avviamento?
Nel momento in cui un motore elettrico viene avviato, le sue condizioni di funzionamento sono molto diverse da quelle presenti una volta raggiunta la velocità di regime.
La corrente iniziale può quindi essere elevata e diminuisce progressivamente durante l’accelerazione del motore, fino a raggiungere i valori previsti nelle normali condizioni operative.
L’entità e la durata delle correnti di spunto negli impianti industriali non sono però identiche per ogni applicazione. Possono dipendere da diversi fattori:
- caratteristiche costruttive e potenza del motore;
- tipologia del carico azionato;
- inerzia della macchina;
- metodo di avviamento;
- caratteristiche della rete di alimentazione;
- lunghezza e caratteristiche della linea elettrica.
Per questo motivo non è sufficiente considerare soltanto la potenza nominale dell’utilizzatore: occorre valutare anche come il carico si comporta nelle diverse condizioni di esercizio.
Quali problemi possono provocare le correnti di spunto?
Una corrente elevata per un intervallo molto breve può essere perfettamente compatibile con il normale funzionamento dell’apparecchiatura. Quando però il fenomeno non è stato correttamente considerato nella progettazione della distribuzione elettrica, può produrre effetti anche sul resto dell’impianto.
Cadute di tensione
L’elevata corrente richiesta durante l’avviamento può determinare una riduzione temporanea della tensione disponibile sulla linea.
Il fenomeno può diventare particolarmente significativo in presenza di linee lunghe oppure quando le caratteristiche della rete rendono l’alimentazione più sensibile alle variazioni di carico.
È proprio qui che le correnti di avviamento si collegano a un altro aspetto fondamentale della distribuzione elettrica: la caduta di tensione negli impianti industriali, che abbiamo analizzato in un precedente approfondimento AFM.
Una verifica corretta deve quindi considerare non soltanto la corrente richiesta dal carico a regime, ma anche ciò che accade nel momento in cui il macchinario viene avviato.
Interventi indesiderati delle protezioni
Un altro possibile effetto riguarda i dispositivi di protezione.
Le protezioni devono essere scelte e coordinate in modo da distinguere una normale fase di avviamento da una reale condizione di guasto.
Una configurazione non adeguata può determinare interventi indesiderati, causando l’arresto del macchinario o, nei casi più critici, di una parte più estesa del processo produttivo.
Questo aspetto è strettamente collegato alla selettività delle protezioni elettriche negli impianti industriali: un corretto coordinamento delle protezioni contribuisce a limitare gli effetti di un guasto alla sola parte interessata dell’impianto.
La soluzione non consiste quindi nel sovradimensionare indiscriminatamente le protezioni per evitare gli sganci. È necessario trovare il corretto equilibrio tra esigenze di avviamento, protezione dei circuiti e sicurezza dell’impianto.
Quando le correnti di spunto diventano particolarmente critiche?
Il fenomeno assume maggiore rilevanza negli stabilimenti nei quali sono presenti motori di elevata potenza, numerosi carichi oppure apparecchiature che possono essere avviate contemporaneamente.
Pensiamo, per esempio, a una linea produttiva nella quale più motori entrano in funzione nello stesso momento. In queste condizioni, la sovrapposizione degli assorbimenti può determinare una sollecitazione significativa della rete di distribuzione.
Particolare attenzione deve essere riservata anche agli ampliamenti degli impianti esistenti.
L’aggiunta di una nuova macchina può infatti modificare condizioni elettriche che erano state correttamente valutate nella progettazione originaria. Una distribuzione adeguata ai carichi inizialmente previsti potrebbe non comportarsi allo stesso modo dopo diversi ampliamenti produttivi.
Per questo, dopo modifiche significative, è importante verificare nuovamente il comportamento dell’impianto nelle reali condizioni operative.
Avviamento diretto, stella-triangolo e soft starter
La modalità utilizzata per avviare il motore influenza direttamente il comportamento elettrico del sistema.
Avviamento diretto
Con l’avviamento diretto (DOL) il motore viene collegato direttamente alla rete.
È una soluzione semplice e molto diffusa, ma può comportare correnti di avviamento elevate. Proprio per questo deve essere valutata considerando la potenza del motore, le caratteristiche della rete e quelle dell’applicazione.
Avviamento stella-triangolo
L’avviamento stella-triangolo permette di ridurre la corrente richiesta nella fase iniziale rispetto all’avviamento diretto.
La soluzione presenta però caratteristiche e limiti applicativi specifici e deve essere scelta in funzione del motore e del carico da azionare.
Soft starter
I soft starter, o avviatori graduali, consentono di gestire progressivamente la tensione applicata al motore durante la fase di avviamento.
In questo modo è possibile contenere la corrente di partenza e ridurre alcune delle sollecitazioni elettriche e meccaniche associate all’avviamento.
Per approfondire le caratteristiche delle diverse tecnologie è possibile consultare la guida ABB alle soluzioni per l’avviamento dei motori.
Inverter
In altre applicazioni possono essere utilizzati inverter o convertitori di frequenza, che permettono di controllare la velocità del motore e di gestirne in modo più articolato le condizioni operative.
Non esiste però una soluzione universalmente migliore: la scelta deve essere effettuata considerando motore, carico meccanico, processo produttivo e caratteristiche della rete elettrica.
Correnti di spunto e continuità produttiva
In uno stabilimento industriale il problema non riguarda necessariamente soltanto il motore che viene avviato.
Una corrente di spunto che determina una variazione significativa della tensione o l’intervento indesiderato di una protezione può ripercuotersi anche su altre apparecchiature collegate alla stessa distribuzione elettrica.
Sistemi di automazione, dispositivi elettronici e altre utenze possono infatti risentire delle variazioni dell’alimentazione.
Per questo la gestione delle correnti di spunto negli impianti industriali deve essere inserita in una valutazione più ampia dell’affidabilità della distribuzione e della continuità elettrica negli impianti industriali.
L’obiettivo non è soltanto permettere a un motore di avviarsi correttamente, ma evitare che il suo funzionamento possa compromettere la stabilità e la continuità operativa dell’intero processo produttivo.
Come prevenire i problemi legati alle correnti di spunto
La prima misura è una corretta progettazione dell’impianto.
È necessario conoscere le caratteristiche dei carichi, valutare le condizioni di avviamento e verificare che linee, protezioni e sistema di distribuzione siano adeguati alle correnti effettivamente richieste.
In funzione dell’applicazione può essere opportuno:
- verificare il dimensionamento delle linee elettriche;
- valutare la caduta di tensione durante l’avviamento;
- coordinare correttamente motori e dispositivi di protezione;
- evitare, quando possibile, l’avviamento simultaneo di grandi carichi;
- adottare sistemi di avviamento adeguati;
- verificare le condizioni della rete;
- rivalutare l’impianto dopo ampliamenti o modifiche significative.
La scelta della soluzione deve essere basata sulle reali caratteristiche dell’impianto e del processo produttivo, evitando interventi improvvisati che potrebbero semplicemente spostare il problema o compromettere la corretta protezione dei circuiti.
Conclusioni
Le correnti di spunto sono un fenomeno normale nel funzionamento di molti carichi elettrici, ma negli impianti industriali devono essere considerate attentamente per evitare conseguenze sulla distribuzione e sul processo produttivo.
Motori di elevata potenza, avviamenti simultanei e particolari condizioni della rete possono determinare picchi di corrente significativi, con possibili cadute di tensione o interventi indesiderati delle protezioni.
Valutare correttamente le correnti di spunto negli impianti industriali significa quindi considerare il comportamento dell’impianto nelle reali condizioni di esercizio, non limitandosi ai soli valori nominali delle apparecchiature.
Una progettazione corretta, insieme alla scelta del sistema di avviamento più adatto e al coordinamento delle protezioni, permette di contenere gli effetti di questi fenomeni e di contribuire alla continuità del processo produttivo
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L’avviamento di nuovi macchinari, l’ampliamento di una linea produttiva o la presenza di interventi anomali delle protezioni possono rendere necessaria una verifica delle condizioni reali dell’impianto.
AFM Impianti Elettrici può supportare le aziende nell’analisi della distribuzione elettrica e nella valutazione delle soluzioni più adatte alle caratteristiche dei carichi e del processo produttivo.