Che cos'è la distorsione armonica e perché è importante?

La distorsione armonica negli impianti elettrici danneggia le apparecchiature causando surriscaldamento, stress di tensione e perdite di energia, che sollecitano i componenti e ne riducono la durata. Gli effetti di una maggiore distorsione armonica sono di vasta portata, poiché interessano ogni apparecchiatura elettrica collegata allo stesso impianto.

Una distorsione armonica eccessiva può causare il surriscaldamento di cavi e motori. Motori, commutatori, fusibili, cavi e apparecchiature di misurazione sensibili sono tutti interessati. La distorsione contenente armoniche può persino interferire con dispositivi critici di telemetria e comunicazione come i sistemi Wi-Fi.

Ciò può causare guasti prematuri delle apparecchiature, come fusibili bruciati, scatto di interruttori automatici o surriscaldamento di motori, che possono potenzialmente interessare l'intero impianto industriale se non vengono implementate misure correttive, come filtri antiarmoniche o miglioramenti della qualità dell'alimentazione.

L'immagine mostra l'influenza dei generatori di distorsione armonica sul surriscaldamento dei motori elettrici.

La distorsione armonica aumenta i costi energetici a causa delle maggiori perdite di sistema e della minore efficienza complessiva del sistema.

Questo spreco di energia rappresenta un problema importante per gli utenti industriali in termini di costi operativi.

Per ridurre il costo totale pur ottenendo la stessa quantità di potenza utile, è necessario ridurre la distorsione armonica.

Le bollette dell'elettricità sono costituite da energia attiva e reattiva. Solo la potenza attiva è utilizzabile, ma noi paghiamo per entrambe le componenti. Il costo aggiuntivo può influire sulla redditività.

Le distorsioni di potenza, comprese le armoniche, sono molto più che un semplice fastidio. Possono arrestare i processi, causando tempi di fermo e interruzioni delle linee di produzione. Influiscono anche sul CAPEX quando si acquistano attrezzature e combustibili per far funzionare l'impianto, e questo ha un impatto significativo sugli obiettivi di costo operativo.

La distorsione armonica e la distorsione in generale influiscono anche sugli obiettivi di emissione di gas serra (GHG) in tutti gli ambiti (emissioni Scope 1, 2 e 3). La distorsione dell'alimentazione elettrica provoca questi esiti indesiderati:

• L'attrezzatura è sovradimensionata per resistere ai danni
• L'apparecchiatura funziona in modo inefficiente
• La distorsione impedisce alle iniziative di efficienza energetica di progredire

La buona notizia è che la distorsione armonica, comprese le armoniche ad alta frequenza e le armoniche di ordine inferiore, può essere mitigata. Adottando misure per mantenere al minimo la distorsione di tensione, è possibile:

• Aumentare la capacità di carico del trasformatore. Ciò significa che puoi ridimensionare i trasformatori e i generatori necessari
• Prolungare la vita utile delle apparecchiature
• Aumentare l'efficienza delle apparecchiature, per avere minori perdite
• Ridurre il rischio di interruzioni di corrente e interruzioni della produzione

Le armoniche causano inaffidabilità nelle reti distorcendo le forme d'onda elettriche, il che può influire negativamente sulle prestazioni di apparecchiature e sistemi sensibili. Man mano che si aggiungono più dispositivi elettrici non lineari a un sistema, questo diventa più vulnerabile alle distorsioni.



Pertanto, è importante considerare le armoniche e come mitigarle, per costruire un sistema resiliente che non si guasti.

Le armoniche non sono visibili, ma i loro effetti sì. Le distorsioni armoniche sono deformazioni ripetitive e continue della tensione pulita o delle forme d'onda della corrente.

Utilizzando l'analisi di Fourier, una tecnica sviluppata dal matematico francese, possiamo visualizzare l'entità delle armoniche presenti nel sistema.

Fourier ha dimostrato che qualsiasi forma d'onda distorta è solo un insieme di singole onde sinusoidali di frequenze e ampiezze diverse. La forma d'onda distorta è costituita da una curva fondamentale sinusoidale, più le armoniche.

Queste singole onde sinusoidali di ordine superiore sono note appunto come armoniche. Solitamente le distorsioni di potenza nel campo di frequenza inferiore a 2 kHz vengono definite "distorsione armonica".

Scopri di più

La distorsione armonica della forma d'onda proviene da carichi non lineari collegati all'alimentazione elettrica. Tutti i carichi che assorbono corrente non sinusoidale sono definiti carichi non lineari. I principali fattori che contribuiscono alle armoniche sono:

• Alimentazioni a commutazione
• Dispositivi di illuminazione fluorescenti e a LED
• Gruppi di continuità (UPS)
• Inverter, noti anche come convertitori di frequenza a velocità variabile (VSD), convertitori di frequenza a frequenza variabile (VFD) o semplicemente drive

Per ridurre i danni alle apparecchiature, le normative limitano le armoniche a bassi livelli nelle reti di alimentazione elettrica. La mitigazione non è sempre necessaria, ma quando lo è, i dispositivi di mitigazione armonica possono ridurre le armoniche per soddisfare queste normative. Per una corretta mitigazione armonica, è possibile scegliere tra molti metodi, tra cui l'uso di filtri antiarmoniche, convertitori di frequenza Active Front End (AFE) e altro ancora.

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