L'inquinamento elettrico
Didattica realizzata e fornita dalla società AMRA spa CHAUVIN ARNOUX GROUP
“L’inquinamento elettrico” è diventato una problematica del mondo industriale, terziario e civile. Alle sinusoidi di ieri si sostituiscono dei segnali deformati dove la misura è impossibile con gli strumenti standard.
Insieme al valore efficace diviene importante conoscere anche il valore di cresta, il fattore di cresta, il fattore di distorsione e i tassi di armoniche del segnale. Le nuove pinze di potenza e armoniche (descritte nelle pagine seguenti) permettono una diagnosi rapida quantificando e qualificando l’”inquinamento armonico” al fine di apportare i necessari rimedi.
Scomposizione armonicaSi dimostra che un’onda periodica di qualunque forma (corrente deformata) equivale alla somma delle onde sinusoidali elementari, chiamate armoniche, e di una eventuale componente continua. La frequenza di ogni armonica è un multiplo intero della frequenza di riferimento, detta fondamentale. Anche per le reti europee, il segnale fondamentale (H1) ha una frequenza di 50Hz e l’armonica di 3° grado (H3) una frequenza di 150Hz, ecc. Questa scomposizione armonica dell’onda, è la conseguenza di una rela- zione matematica, chiamata trasformata di Fourier. |
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Scomposizione armonica
Si dimostra che un’onda periodica di qualunque forma (corrente deformata) equivale alla somma delle onde sinusoidali elementari, chiamate armoniche, e di una eventuale componente continua. La frequenza di ogni armonica è un multiplo intero della frequenza di riferimento, detta fondamentale.
Anche per le reti europee, il segnale fondamentale (H1) ha una frequenza di 50Hz e l’armonica di 3° grado (H3) una frequenza di 150Hz, ecc. Questa scomposizione armonica dell’onda, è la conseguenza di una rela- zione matematica, chiamata trasformata di Fourier.
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La figura 2 illustra la trasformata di Fourier dei segnali deformati. Le reti elettriche industriali producono principalmente delle armoniche dispari. Lo studio delle armoniche si effettua generalmente tra 100Hz (armonica di 2° grado) e 2500Hz (armonica di 50° grado) Generalmente sono le prime armoniche dispari che provocano le distorsioni massime. |
La figura 2 illustra la trasformata di Fourier dei segnali deformati.
Le reti elettriche industriali producono principalmente delle armoniche dispari. Lo studio delle armoniche si effettua generalmente tra 100Hz (armonica di 2° grado) e 2500Hz (armonica di 50° grado)
Generalmente sono le prime armoniche dispari che provocano le distorsioni massime.
Misura delle armonicheDue grandezze quantificano le distorsioni armoniche, e sono applicabili alla misura di tensione e corrente.
con A eff = valore efficace del segnale Ao = ampiezza componente continua A1 = ampiezza fondamentale An = ampiezza armonica di grado n Se DF = 40% significa che 40% del valore efficace è perso, per un motore per esempio, un riscaldamento inutile. Queste grandezze possono essere date anche come tassi parziali, grado per grado (per ogni armonica). |
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Misura delle armoniche
Due grandezze quantificano le distorsioni armoniche, e sono applicabili alla misura di tensione e corrente.
- THD: distorsione armonica totale o tasso armonico in rapporto al valore della fondamentale
(conosciuto come THD-F) - DF: fattore di distorsione o tasso armonico in rapporto al valore efficace del segnale (conosciuto come THD-R o THD-RMS)
con A eff = valore efficace del segnale
Ao = ampiezza componente continua
A1 = ampiezza fondamentale
An = ampiezza armonica di grado n
Se DF = 40% significa che 40% del valore efficace è perso, per un motore per esempio, un riscaldamento inutile.
Queste grandezze possono essere date anche come tassi parziali, grado per grado (per ogni armonica).
Sorgenti ed effetti delle armoniche
La proliferazione degli equipaggiamenti a base elettronica di potenza, genera delle correnti armoniche che creano “inquinamento”. Si trasmettono sia con attenuazione, se gli elementi della rete sono essenzialmente resistivi, sia con amplificazione se la rete possiede condensatori o induttanze di valore non trascurabile (fenomeno di risonanza). Le principali sorgenti di armoniche sono i convertitori di potenza, convertitori statici di frequenza, motori asincroni, saldatrici, forni ad arco, gruppi di continuità, carichi domestici.
Le perturbazioni generate sono di due tipi:
- Perturbazioni ad effetto istantaneo, dovute alla deformazione dell’onda e ai fenomeni di risonanza: difetti di fun- zionamento dei sistemi di comando, di protezione contro le sovratensioni.
- Perturbazioni a lungo termine: essenzialmente problemi di natura termica suscettibili a ridurre la vita degli equipaggiamenti, come la distruzione a medio termine se troppo eccessivi.
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