8.9 : Distribuzione della Potenza nei Circuiti Trifase e Monofase

La distribuzione dell’energia all’interno dei circuiti elettrici è un aspetto fondamentale dei sistemi energetici residenziali e industriali. Mentre l'alimentazione monofase è comune negli ambienti residenziali, l'alimentazione trifase è lo standard per gli ambienti industriali con macchinari pesanti. Ogni sistema è diverso e presenta vantaggi ed è fondamentale comprendere i principi alla base della distribuzione dell'energia e dell'efficienza dei materiali.

Distribuzione dell'energia monofase:

I circuiti monofase sono tipici negli ambienti domestici, nei quali viene utilizzato un sistema a due fili. La corrente in questo sistema è determinata dalla potenza assorbita dal carico e dalla tensione di linea:

La perdita di potenza nei fili dovuta alla resistenza è proporzionale al quadrato della corrente:

dove R è la resistenza dei fili.

Distribuzione dell'energia trifase:

In ambito industriale, viene ampiamente utilizzato un sistema trifase bilanciato. In questo sistema la corrente viene divisa tra i tre fili, riducendo la corrente in ciascun filo rispetto ad un sistema monofase con lo stesso livello di potenza. Supponendo la stessa corrente e resistenza in ciascuna fase, la perdita di potenza totale è la somma delle perdite in ciascuna fase.

Dimensioni del filo e consumo di materiale:

Quando si confrontano le dimensioni dei cavi per la stessa perdita di potenza in entrambi i sistemi, l'area della sezione trasversale dei cavi in un sistema monofase deve essere maggiore di quella in un sistema trifase per trasportare la maggiore corrente senza aumentare la perdita di potenza. Nello specifico, il sistema monofase richiede cavi con una sezione trasversale doppia rispetto a quella di ciascun filo di fase nel sistema trifase. Ciò significa che il sistema monofase richiederebbe cavi con una sezione trasversale maggiore per gestire lo stesso carico di potenza del sistema trifase, traducendosi in un aumento di circa il 33% in più di materiale conduttore.