Power quality ( il problema dell’inquinamento e distorsione della rete)

Tratteremo qui dei problemi che si incontrano in installazioni dove sono presenti azionamenti elettrici, relativamente alle linee di distribuzione di potenza.

Per capire i problemi qui di seguito descritti e’ necessario aver chiaro cosa sono e cosa fanno le armoniche.

Le armoniche non sono un oggetto reale ma qualcosa per descrive quanto le tensioni e le correnti di un sistema di distribuzione si allontanano dall’andamento ideale sinusoidale.

In presenza di una tensione/corrente sinusoidale e’ noto che l’efficienza della trasmissione di potenza si incrementa eliminando la componente reattiva. Nel caso di deformazione della tensione e/o della corrente si ha un aumento delle perdite, ed inoltre non e’ piu’ sufficiente eliminare la sola componente reattiva.

Nel caso di assenza di deformazione la potenza trasmessa e’ solo funzione delle componenti fondamentali. Con la presenza di deformazione tutte le armoniche possono concorrere a determinare effetti energetici, desiderati e non.

In genere la presenza di armoniche ha l’unico effetto di aumentare le perdite e di richiedere un sovradimensionamento delle linee.

Senza particolari e grandi errori, e’ possibile semplificare i calcoli relativi alle potenza, considerando trascurabile la distorsione di tensione e quindi considerando la tensione di alimentazione come puramente sinusoidale.

In questi termini possiamo quindi dire che :

• la potenza attiva e’ legata alla sola componente fondamentale della corrente e ha l’espressione nota in cui compare il cos phi.
• la componente reattiva e’ la sola relativa alla fondamentale di corrente
• tutte le armoniche di corrente non danno luogo ad alcun trasferimento energetico ed hanno il solo effetto di aumentare le perdite.

Uno dei piu’ comuni problemi generati dalle armoniche e’ il sovraccarico del conduttore del neutro.

Nei normali sistemi di distribuzione i carichi devono essere bilanciati sulle fasi, e quindi la corrente circolante nel conduttore di neutro e’ molto inferiore alla corrente di linea. Tale conduttore e’ dimensionato di conseguenza.

Nel caso di collegamento di carichi monofase non lineari, quali PC o azionamenti, la corrente che fluisce su conduttore di neutro e’ data dalla radice quadrata della somma dei quadrati. In pratica se abbiamo tre carichi monofase non lineari di 5A, e’ necessario dimensionare il neutro per 8,7A !!

Cio’ e’ dovuto al fatto che le correnti assorbite sulle singole fasi sono altamente distorte e la corrente di ritorno interessa direttamente il neutro.

Nel caso di carichi trifase bilanciati ma non lineari, quali per esempio azionamenti elettrici a SCR per il controllo di motori in corrente continua, la regolazione della velocita’ e’ ottenuta variando l’istante di conduzione degli SCR rispetto alla rete. Questo implica un elevato contenuto di armoniche della corrente di linea, nonche’ una elevato valore di componente reattiva che oltretutto non e’ costante.