Nel settore industriale e terziario, la stabilità della frequenza di rete è un parametro fondamentale della qualità dell’energia elettrica. Variazioni anomale della frequenza, sia prolungate che improvvise, possono causare inefficienze e guasti in molti tipi di apparecchiature, dalle macchine elettriche ai sistemi di controllo. In questo articolo  vedremo cos’è la frequenza di rete e perché può variare, quali sono i limiti normativi da rispettare, gli effetti concreti sulle apparecchiature, e le soluzioni disponibili sul mercato – dalle tecnologie di protezione come gli UPS e i regolatori di frequenza, fino ai sistemi di monitoraggio e ai gruppi elettrogeni con regolatore di giri elettronico. L’obiettivo è offrire una panoramica comprensibile anche ai decisori aziendali (energy manager, responsabili tecnici, amministratori), evidenziando l’importanza di investire nella prevenzione e nel controllo continuo della qualità dell’alimentazione elettrica.

1. Frequenza di rete e variazioni: definizione, norme e cause principali

La frequenza di rete rappresenta il numero di cicli al secondo della tensione alternata ed è fissata dal sistema elettrico (in Europa il nominale è 50 Hz). In condizioni normali, la frequenza è strettamente mantenuta intorno al valore nominale: la normativa CEI EN 50160 prescrive che, in un sistema interconnesso, la frequenza sia 50 Hz ±1% (cioè tra 49,5 e 50,5 Hz) praticamente per la totalità del tempo, e non superi +4% o -6% in alcun momento (cioè mai oltre 52 Hz o sotto 47 Hz). In altri termini, il gestore di rete deve garantire che la frequenza rimanga entro limiti molto ristretti. Nei sistemi isolati (ad esempio isole non connesse alla rete nazionale) la tolleranza è leggermente più ampia (±2% normalmente, fino a ±15% in casi eccezionali), ma in Italia – essendo parte dell’enorme rete sincrona europea – le deviazioni significative sono estremamente rare.

Perché la frequenza varia? La frequenza di rete dipende dall’equilibrio istantaneo tra la potenza generata e quella assorbita dai carichi. Se la domanda supera la generazione, la frequenza tende a calare; viceversa, eccesso di generazione la fa salire. Cause tipiche delle variazioni di frequenza sono dunque: guasti o disconnessioni improvvise di centrali elettriche, distacchi di carichi molto grandi, errori di regolazione o ritardi nei sistemi di controllo della rete. Ad esempio, la perdita improvvisa di un generatore di grande potenza provoca un calo repentino di frequenza, mentre la disconnessione improvvisa di un grosso carico può causare un leggero aumento. In condizioni normali i gestori (come Terna in Italia) compensano continuamente queste oscillazioni tramite sistemi automatici di regolazione primaria e secondaria della frequenza, utilizzando la riserva rotante degli impianti. Tuttavia, eventi anomali possono portare a deviazioni percepibili: emblematico è quanto accaduto in Europa nei primi mesi del 2018, quando una disputa politica tra Serbia e Kosovo causò un persistente deficit di generazione nella loro area. L’intera rete elettrica europea sincronizzata scese leggermente sotto i 50 Hz medi per alcune settimane, e gli orologi elettrici sincronizzati alla rete accumularono fino a 6 minuti di ritardo (Fonte lastampa.it) a causa di questa lieve ma prolungata deviazione di frequenza (la soluzione arrivò solo con interventi coordinati dell’ENTSO-E, l’ente dei gestori europei).

In sintesi, la frequenza di rete dovrebbe restare costante a 50 Hz; piccole oscillazioni sono fisiologiche e controllate, mentre variazioni più ampie indicano gravi squilibri nel sistema elettrico. La normativa fissa soglie precise (ad es. ±1% per il 95-99% del tempo, ±6% come estrema emergenza). Quando queste soglie vengono superate, si parla di disturbo di power quality a tutti gli effetti. Vediamo ora perché queste variazioni, anche entro certi limiti, possono costituire un problema per le apparecchiature negli impianti industriali e del terziario.

2. Effetti delle variazioni di frequenza su impianti e apparecchiature

Le variazioni di frequenza incidono in primo luogo sulla velocità e sul funzionamento delle macchine elettriche rotanti e, in generale, sull’intero sistema elettrico, poiché molti dispositivi sono progettati per funzionare a una frequenza stabile. Di seguito analizziamo i principali effetti concreti, suddivisi per tipologia di apparecchiatura:

• Trasformatori: Un trasformatore è progettato per una frequenza nominale (tipicamente 50 Hz). Piccole deviazioni di qualche Hz non causano problemi immediati; infatti molti trasformatori di distribuzione sono costruiti per operare sia a 50 che a 60 Hz (indicazione di targa 50/60 Hz), o comunque tollerano un range tipico ~47–63 Hz senza anomalie. Tuttavia, frequenze significativamente inferiori al nominale, se accompagnate da tensione non ridotta in proporzione, portano a sovra-magnetizzazione del nucleo: il trasformatore può entrare in saturazione magnetica, con aumento anomalo della corrente a vuoto e surriscaldamento. In pratica, se la rete scendesse verso i 47 Hz o meno mantenendo 230/400 V, il trasformatore vedrebbe un flusso magnetico maggiore e potrebbe scaldarsi oltre i limiti. Frequenze più alte del nominale, al contrario, tendono a ridurre leggermente il flusso magnetico per ogni ciclo (a tensione costante) e quindi normalmente non saturano il nucleo; ma un aumento eccessivo (ad es. oltre 52-55 Hz) sarebbe fuori specifica e potrebbe aumentare le perdite nel ferro e il riscaldamento. In condizioni normali, comunque, una variazione moderata (±2–3%) della frequenza non danneggia un trasformatore sul breve periodo. Problemi seri sorgono con variazioni estreme o prolungate: surriscaldamento dell’isolamento, rumorosità anomala e riduzione della vita operativa. 

• Motori elettrici asincroni: I motori sono particolarmente sensibili alla frequenza, poiché la velocità di rotazione dipende direttamente da essa. Un motore asincrono trifase a 50 Hz gira con velocità di sincronismo ns=50×60/pn_s (dove p è il numero di coppie polari; ad esempio ~1500 giri/min per un 4 poli). Se la frequenza scende a 49 Hz, la velocità a vuoto cala di circa il 2%; se sale a 51 Hz, aumenta di ~2%. Queste variazioni di velocità possono influenzare i processi meccanici collegati (nastri trasportatori, pompe, ecc.), alterando portate, tempi ciclo, sincronismi di linea, ecc. Inoltre, i motori sono progettati per tollerare solo variazioni limitate: le norme IEC (CEI EN 60034-1) indicano una tolleranza tipica di ±2% sulla frequenza per il funzionamento dei motori in condizioni standard (abbinata a una tolleranza di ±5% sulla tensione). Ciò significa che un motore costruito per 50 Hz può funzionare senza problemi significativi tra ~49 e 51 Hz. Oltre questa soglia, possono verificarsi effetti negativi:

  • Surriscaldamento: se la frequenza cala sensibilmente (es. 47–48 Hz), il motore tende ad assorbire più corrente per mantenere la coppia, a causa dell’aumento del flusso magnetico (V/f più alto). Inoltre la sua ventola di raffreddamento integrata gira più lentamente, riducendo la ventilazione. Il risultato è un innalzamento della temperatura di avvolgimenti e cuscinetti. Deviazioni prolungate >5% possono far scattare le protezioni termiche o portare a guasti prematuri dell’isolamento. Al contrario, una frequenza eccessiva (es. 55–60 Hz su un motore 50 Hz non adattato) farà girare il motore più velocemente: ciò può generare forze centrifughe fuori progetto, più perdite nel ferro e vibrazioni, specialmente se il carico meccanico aumenta con la velocità (pensiamo a una pompa o ventilatore).

  • Coppia e scorrimento: la coppia massima di un motore asincrono varia con il quadrato della tensione e inversamente con la frequenza. Se la frequenza cala senza una corrispondente riduzione di tensione, il motore va in sovra-flusso magnetico e la curva coppia/scorrimento si deforma: il motore potrebbe fornire più coppia magnetizzante, ma avvicinandosi alla saturazione magnetica rischia instabilità. In generale, sottofrequenze marcate possono far perdere colpi al motore (diminuisce la riserva di coppia, il motore rallenta ulteriormente, innescando un circolo vizioso fino allo stallo in casi estremi).

  • Vibrazioni e rumorosità: variazioni veloci di frequenza (oscillazioni) si ripercuotono come variazioni di velocità del motore, inducendo vibrazioni torsionali. Particolarmente se un motore è accoppiato a carichi con inerzia, rapide fluttuazioni (ad esempio oscillazioni di ±1% intorno a 50 Hz in pochi secondi) possono creare stress meccanici su giunti e trasmissioni. Anche il rumore acustico del motore può cambiare tono al variare della frequenza.

In pratica, i motori tollerano variazioni minime di frequenza senza danni immediati, ma variazioni oltre ±5% sono critiche: per questo i relè di protezione di sottofrequenza spesso intervengono intorno a ~47,5 Hz per scollegare carichi non essenziali. La letteratura conferma che gli effetti negativi principali sono variazioni di velocità e anomalie funzionali (surriscaldamenti, vibrazioni). Ad esempio, nel caso citato del 2018, molti motori e turbine in Europa hanno dovuto leggermente ridurre la loro potenza per contribuire al ripristino della frequenza, e i processi industriali più delicati hanno rischiato disallineamenti temporanei.

• Inverter e azionamenti elettronici (VFD): Paradossalmente, i convertitori di frequenza (VFD) utilizzati per regolare la velocità dei motori sono essi stessi alimentati dalla rete e possono risentire di variazioni di frequenza in ingresso. Un tipico drive elettronico è alimentato in AC, raddrizza la tensione in DC tramite un ponte e poi la “inverte” di nuovo in AC variabile per il motore. La maggior parte dei VFD moderni è abbastanza immune a piccole variazioni di frequenza di rete, purché restino entro un range ammesso. Se però la frequenza di rete esce da questo campo (ad esempio scende sotto 47 Hz), l’azionamento può interpretarla come anomalia e andare in fault: molti inverter monitorano la frequenza di ingresso per sincronizzarsi in caso di bypass o per alimentare eventualmente in rigenerativa, quindi sotto/sovrafrequenza eccessiva portano al blocco per protezione. In pratica, un inverter di qualità manterrà l’uscita motore costante finché possibile, ma se la rete diventa troppo lenta/veloce, l’inverter si disconnette e lascia il motore libero o fermo. Notiamo comunque che, essendo dispositivi elettronici, gli inverter proteggono i motori da molte perturbazioni: se la frequenza di rete fluttua rapidamente, il DC bus dell’inverter e i condensatori tendono a filtrarla. Pertanto gli effetti indiretti sui motori attraverso VFD sono mitigati. Il problema può sorgere con azionamenti più semplici o sensibili (line-conditioned) o con drive con bypass rete (come alcuni UPS dinamici): se vogliono passare su bypass devono trovare una frequenza di rete entro ±1–2% rispetto all’uscita, altrimenti restano in modalità inverter isolata. Nel complesso, i drive elettronici accettano variazioni di pochi Hz senza problemi, ma fungono da “filtro”: se la frequenza di rete esce da una finestra preimpostata, si sganciano per proteggere il carico.

• Apparecchiature elettroniche, alimentatori, PLC, server: Molti dispositivi elettronici moderni (dai PLC industriali ai server IT) sono alimentati da alimentatori switching che funzionano sia a 50 che a 60 Hz. In genere questi alimentatori hanno un range di frequenza di ingresso molto ampio (tipicamente 47–63 Hz), proprio per poter operare in qualunque paese e tollerare variazioni. Ad esempio, un alimentatore modulare per computer certificato ATX accetta tensione 230 V ± ~22% e frequenza 50/60 Hz ± ~13%. Ciò significa che entro circa -3 Hz/+13 Hz rispetto a 50 Hz la maggior parte dei dispositivi elettronici non subisce alcun inconveniente operativo. Se la frequenza esce da queste bande, invece, possono accadere vari scenari:

  • Gli alimentatori lineari tradizionali (meno comuni ormai) potrebbero perdere efficienza: a frequenze più basse la reattanza dei trasformatori interni cala e circola più corrente magnetizzante, causando maggiori perdite (oltre al noto ronzio a 50 Hz che diventa un “brontolio” a 45–48 Hz). A frequenze più alte, i condensatori di filtro possono avere leggero aumento di impedenza, filtrando meno la ripetta; ma queste differenze minori raramente creano guasti immediati.

  • Gli alimentatori switching (SMPS) sono in genere insensibili alla frequenza di rete finché questa rientra nel range specificato. Se però la frequenza scende troppo (es. <45 Hz) o sale troppo (>65 Hz), l’elettronica di ingresso (ponte raddrizzatore e stadio PFC) potrebbe non riuscire a mantenere stabile la tensione DC interna. Ciò può portare a spegnimenti improvvisi o riavvii dell’apparecchiatura. Un PLC, ad esempio, in caso di alimentazione fuori tolleranza potrebbe resettersi o andare in fault per mancanza di alimentazione stabile. Lo stesso vale per server e computer: se l’UPS o l’alimentazione di rete va fuori specifica, l’alimentatore potrebbe staccarsi per autoprotezione.

  • Alcuni dispositivi di controllo utilizzano ancora la frequenza di rete come riferimento temporale (ad esempio, vecchi PLC o controllori potrebbero usare il sincronismo rete per timing, o apparecchi come orologi marcatempo analogici, timer elettromeccanici, ecc.). In questi casi, una frequenza bassa rallenta direttamente l’orologio interno. Abbiamo già visto l’esempio macroscopico degli orologi delle radiosveglie e dei timer collegati alla rete: a 49,8 Hz di media accumulano ritardolastampa.it. In scala minore, anche un semplice orologio elettrico a sincrono (quelli murali o da campanile sincronizzati alla rete) se la frequenza scende per qualche minuto a 47 Hz, perderà colpi e segnerà un’ora errata finché non viene risincronizzato.

In generale, la maggior parte delle apparecchiature elettroniche professionali tollera bene variazioni modeste di frequenza senza malfunzionamenti. I sistemi critici (data center, impianti di automazione, etc.) sono comunque spesso protetti a monte da UPS o da alimentatori con PFC attivo che mantengono stabile la corrente. Tuttavia, se la variazione di frequenza è molto rapida o ampia, l’effetto peggiore è un arresto improvviso: i componenti percepiscono un’anomalia e spengono il sistema per sicurezza. Ad esempio, un server senza UPS se alimentato da una rete che improvvisamente scende sotto 47 Hz potrebbe spegnersi, causando interruzioni e perdita di dati.

• Orologi, timer e dispositivi a sincronismo di rete: Come accennato, i dispositivi che usano la frequenza per il tempo (es. orologi elettrici industriali, vecchi timer analogici, elettrodomestici come forni e microonde dotati di orologio che sfrutta il 50 Hz come riferimento) subiscono direttamente gli effetti di eventuali variazioni. Una breve oscillazione o uno scarto di 1-2% è impercettibile se poi la frequenza viene compensata (i gestori spesso compensano errori accumulati riportando la frequenza media a 50 Hz su 24h proprio per riallineare gli orologi). Ma se la variazione persiste, questi dispositivi vanno fuori sincrono. Nel caso estremo europeo citato, dopo settimane a 49,98 Hz circa, le radiosveglie e timer collegati in Europa accumularono 6 minuti di ritardo. Ciò in ambito industriale si traduce in possibili errori di temporizzazione su processi sincronizzati alla rete (pensiamo ad alcuni orologi marcatempo di impianto, o sistemi di campane/impianti di illuminazione a orario). Per fortuna, molti sistemi moderni usano clock al quarzo o sincronizzazione GPS/internet, quindi l’impatto è limitato principalmente a dispositivi datati o molto semplici.

Riassumendo gli effetti concreti: velocità anomale di motori, surriscaldamenti, cali di prestazione e possibili spegnimenti o errori di dispositivi elettronici. La Norma CEI stessa sottolinea che variazioni di frequenza si manifestano in variazioni di velocità dei motori e anomalie funzionali sulle apparecchiature elettroniche. È dunque un problema di Power Quality serio, perché può fermare la produzione (motori protetti che si spengono, PLC in fault) e danneggiare componenti nel lungo termine.

Tabella 1 – Esempi di soglie di frequenza tollerate e impatto su vari dispositivi:

Nota: i valori di soglia indicati sono orientativi e riferiti a condizioni standard. Molti dispositivi possono avere specifiche particolari; ad es. motori o trasformatori progettati per doppia frequenza 50/60 Hz tollerano differenze maggiori (purché la tensione sia adeguata), mentre apparecchi di precisione potrebbero richiedere stabilità ancora più rigorosa. In generale, comunque, oltre ±5% di deviazione dalla frequenza nominale quasi tutti i componenti iniziano a uscire dal loro campo di funzionamento ottimale, attivando protezioni o subendo stress anomali.

3. Soluzioni tecniche e commerciali per prevenire e correggere le variazioni di frequenza

Affrontare il problema delle variazioni di frequenza richiede un duplice approccio: proteggere le utenze critiche localmente e, dove possibile, migliorare la stabilità dell’alimentazione. Fortunatamente, sul mercato italiano esistono numerose soluzioni, sia tecnologiche che di servizio, offerte da produttori noti (Riello, Comar, Schneider Electric, ABB, Ortea, Socomec e altri). Di seguito esaminiamo le principali categorie di soluzioni:

➥ UPS online a doppia conversione – Gli UPS (Uninterruptible Power Supply) di tipo online a doppia conversione sono tra le soluzioni più efficaci per garantire un’alimentazione elettrica costante in termini di tensione e frequenza. In un UPS a doppia conversione, la rete in ingresso viene convertita in corrente continua e poi nuovamente in alternata tramite inverter, isolando completamente i carichi dalle fluttuazioni della rete. Questo assicura che in uscita la forma d’onda sia perfettamente sinusoidale e stabile sia in tensione che in frequenza. In pratica, anche se la rete dovesse oscillare a 48 Hz o 52 Hz, l’UPS online continuerebbe a fornire ai dispositivi collegati esattamente 50 Hz fissi (finché rientra nei limiti di accettazione, e oltre certi limiti passa ad alimentazione da batteria). I vantaggi sono molteplici: assenza di interruzioni (tempo di trasferimento nullo), filtraggio di ogni anomalia (sovratensioni, disturbi, variazioni di frequenza incluse) e uscita pulita e regolata. Un UPS opportunamente dimensionato per le proprie utenze critiche (server, PLC di linea, strumentazione sensibile) rappresenta un investimento sicuro: assicura che qualsiasi disturbo di frequenza proveniente dalla rete pubblica non raggiunga mai i dispositivi. Ad esempio, un UPS online trifase fornirà sempre 50 Hz precisi in uscita anche se in ingresso la rete fluttua tra 47 e 53 Hz, commutando su batteria se la condizione persiste troppo (o se la frequenza esce dal range di accettazione dell’UPS stesso). In altre parole, l’UPS è una barriera totale contro il problema. Dal punto di vista commerciale, esistono soluzioni per tutte le scale: piccoli UPS monofase (1–3 kVA) per singoli quadri o server rack, fino a grossi UPS trifase (anche >1 MVA modulari) per interi reparti produttivi o data center. 

➥ Sistemi di regolazione e conversione della frequenza – In alcuni scenari, soprattutto quando si ha a che fare con reti isolate o con alimentazioni atipiche, può essere necessario introdurre apparecchi dedicati alla stabilizzazione della frequenza. Una categoria sono i convertitori statici di frequenza: dispositivi elettronici che convertono la frequenza di una sorgente in un’altra desiderata (in pratica sono come UPS senza batteria, o con batteria opzionale). Questi sistemi vengono impiegati, ad esempio, per alimentare apparecchiature a 60 Hz in un impianto con rete a 50 Hz, oppure per filtrare una rete instabile. 

Un caso particolare di regolazione di frequenza riguarda l’integrazione delle fonti rinnovabili e dei sistemi di accumulo. Con la crescente penetrazione di eolico e fotovoltaico, la rete elettrica tradizionale sta perdendo parte dell’inerzia (i generatori sincroni convenzionali) e vede maggiori oscillazioni di frequenza. Per ovviare a ciò, stanno emergendo soluzioni come i BESS (Battery Energy Storage Systems) usati in modalità di regolazione primaria/secondaria: batterie di grande capacità con inverter che intervengono in pochi centinaia di millisecondi per immettere o assorbire potenza e stabilizzare la frequenza. Dal punto di vista dell’utente industriale, questo significa che in futuro sarà possibile dotarsi di sistemi di accumulo locali che non solo fungano da UPS, ma partecipino attivamente a mantenere la frequenza stabile nell’impianto (o addirittura fornire servizi alla rete generale, con possibili ricavi). In definitiva, i convertitori statici e i sistemi di accumulo rappresentano la fascia alta delle soluzioni: richiedono investimenti significativi, ma garantiscono un controllo totale su frequenza e qualità della fornitura.

➥ Gruppi elettrogeni con regolatore di giri elettronico – I generatori di emergenza o di produzione locale (gruppi elettrogeni diesel, gas, turbine, etc.) sono spesso chiamati in causa proprio durante situazioni di rete perturbata. È cruciale dunque che il loro sistema di regolazione mantenga la frequenza il più stabile possibile quando sono in funzione (specialmente se alimentano carichi isolati in isola). La parola chiave qui è regolatore di giri elettronico che mantiene una velocità costante del motore (e quindi dell'alternatore ad esso accoppiato) al variare del carico, senza il classico calo di giri presente nei regolatori di giri meccanici. Molti gruppi elettrogeni moderni montano  regolatori di giri elettronici: per esempio, nei datasheet di generatori industriali è comune trovare la voce “Regolazione della frequenza: isocrona (±1% da vuoto a pieno carico)”. Ciò implica che se il generatore è tarato a 1500 rpm per 50 Hz, rimarrà a quella velocità sia a zero che a 100% del carico (con tolleranza di circa ±1% in regime stazionario). In pratica, con un buon regolatore elettronico, quando un grosso motore parte e richiede un picco di potenza, il motore diesel aumenta immediatamente la quantità di carburante per mantenere i giri, evitando che la frequenza scenda sensibilmente.

Perché questo è importante? In molti impianti industriali, al cadere della rete, entrano in funzione i gruppi elettrogeni per alimentare i carichi essenziali. Se il gruppo fornisse, poniamo, 48 Hz invece di 50, potremmo incorrere proprio negli stessi problemi descritti (motori lenti, trasformatori sottoflussati, UPS che non accettano la fonte). Dunque, dotarsi di gruppi elettrogeni con regolatori elettronici è una soluzione chiave per assicurare continuità con qualità: i carichi vedranno una frequenza vicinissima a 50 Hz anche in isola. 

➥ Stabilizzatori di tensione e filtri di power quality – Anche se gli stabilizzatori di tensione agiscono principalmente sulla tensione e non sulla frequenza, meritano menzione perché spesso fanno parte di soluzioni integrate di power quality. Perché citarli parlando di frequenza? Perché in molti casi un problema di frequenza si accompagna a problemi di tensione (ad esempio durante un calo di frequenza da deficit di generazione, spesso cala anche la tensione). Uno stabilizzatore di tensione, pur non potendo modificare la frequenza di rete (non è progettato per quello), assicura che almeno la tensione ai carichi rimanga nei limiti durante l’evento. Questo può prevenire ulteriori guasti: ad esempio, un motore durante un calo di frequenza soffre meno se la tensione scende proporzionalmente (perché evita saturazione). In certi casi particolari, esistono stabilizzatori combinati tensione-frequenza: alcuni dispositivi elettronici moderni stabilizzano entrambi i parametri tramite elettronica a doppia conversione. Tuttavia, normalmente se serve agire sulla frequenza si passa a UPS o convertitori come sopra. 

➥ Dispositivi di monitoraggio e protezione (analizzatori, relè di frequenza) – Un elemento fondamentale di qualsiasi strategia di power quality è il monitoraggio continuo. Installare analizzatori di rete di classe adeguata (ad esempio conforme alla CEI EN 61000-4-30 Classe A per campagne secondo EN 50160) consente di tenere traccia della frequenza di alimentazione nel tempo e rilevare eventuali anomalie o derive. Questi dati sono preziosi per dialogare con il distributore (in caso di non conformità EN 50160) e per dimensionare le soluzioni sopra citate in base alla gravità e frequenza del problema. Oltre agli analizzatori permanenti, esistono registratori portatili e servizi di audit che includono l’analisi specifica della frequenza e degli eventi di sotto/sovra-frequenza.

Accanto al monitoraggio, vi sono i dispositivi di protezione: nelle installazioni industriali e terziarie dovrebbero essere presenti relè di minima e massima frequenza tarati opportunamente. Questi relè, spesso integrati nelle protezioni di interfaccia (norme CEI 0-16 e CEI 0-21 per impianti di produzione) o nei sistemi di protezione di impianto, scollegano i carichi o generatori quando la frequenza esce dai limiti di sicurezza. Ad esempio, la protezione di interfaccia di un impianto fotovoltaico in BT in Italia è tarata per staccare l’inverter se la frequenza esce all’incirca dal range 49–51 Hz per un certo tempo, e immediatamente se scende sotto ~47,5 Hz o sale oltre ~51,5 Hz. Anche negli impianti senza produzione, un relè di minima frequenza può essere usato per scollegare carichi meno prioritari in caso di cali di frequenza, contribuendo a evitare blackout interni a catena (principio del carico privilegiato).

4. Confronto delle soglie di frequenza tollerate dai dispositivi

(Vedi tabella 1 nella sezione precedente per un riepilogo visivo dei range di funzionamento e degli effetti associati per varie categorie di apparecchi.) In generale, i componenti elettrici sono progettati secondo standard che prevedono un certo limite di tolleranza sulla frequenza di alimentazione. Alcuni punti chiave emersi:

• Gli apparecchi elettrici tradizionali (motori, trasformatori) costruiti per 50 Hz tollerano variazioni di pochi Hz senza inconvenienti immediati, ma oltrepassati ~±5% iniziano sofferenze: i motori scaldano e rallentano/accelerano, i trasformatori si saturano o perdono efficienza.

• I dispositivi elettronici moderni (alimentatori switching, azionamenti) hanno spesso un range di accettazione ampio (47–63 Hz è quasi uno standard di fatto) e quindi non risentono delle piccole deviazioni che possono avvenire sulla rete pubblica (di solito inferiori all’1%). Tuttavia anch’essi hanno limiti rigidi: se si va fuori range, spengono o interrompono il servizio.

• Le soglie di intervento delle protezioni sono tarate in modo da proteggere le apparecchiature prima che subiscano danni: ad esempio, protezioni che intervengono intorno a 47,5 Hz in discesa evitano di far funzionare motori/trasformatori in zona pericolosa (saturazione, eccesso di corrente) e allo stesso tempo contribuiscono a riequilibrare la rete (distaccando carichi).

• Ogni categoria di dispositivo ha la sua “curva di sopravvivenza” rispetto alla frequenza: i motori sopportano meglio una sottofrequenza moderata che una sovrafrequenza (perché a frequenza bassa almeno non rischiano forze centrifughe, ma rischiano termicamente); viceversa apparecchi come un orologio sincrono preferiscono una media leggermente alta (così anticipano e poi si corregge, piuttosto che perdere tempo che non recuperano). Queste considerazioni sono tenute presenti in sede di normativa: ad esempio ENTSO-E tende a correggere eventuali scostamenti medi di lungo termine “restituendo” energia (se per 2 settimane la frequenza media è stata 49,99 Hz, nelle successive viene tenuta a 50,01 Hz per riallineare gli orologi).

In pratica, la maggior parte dei carichi comuni in impianto tollera variazioni di ±1% senza conseguenze (ed è raro uscire da questo intervallo in rete normale). Diventa però cruciale disporre di sistemi di protezione e backup per i casi eccezionali in cui si va oltre, perché i danni potenziali aumentano rapidamente al crescere dello scostamento di frequenza.