Armoniche e Squilibri di Tensione nel Neutro
Il neutro è un conduttore che svolge un ruolo cruciale nei sistemi elettrici trifase, garantendo il corretto funzionamento degli impianti e la sicurezza delle apparecchiature. C’è da porre l’accento però che la presenza di Armoniche e Squilibri di Tensione nel Neutro possono causare problemi significativi, specialmente nelle reti con carichi non lineari.
Cosa Sono le Armoniche e il loro Impatto sul Neutro?
Le armoniche elettriche sono componenti sinusoidali con frequenze multiple rispetto a quella fondamentale (50 Hz o 60 Hz) e derivano principalmente da carichi non lineari. Questi includono:
- Convertitori statici di potenza (esempio inverter per motori elettrici, UPS, alimentatori switching)
- Motori elettrici a velocità variabile
- Sistemi di illuminazione LED
- Dispositivi elettronici ad alta efficienza
In condizioni ideali, la corrente elettrica nel neutro di un sistema trifase equilibrato è prossima a zero. Tuttavia ci sono armoniche di ordine multiplo di tre (3a, 9a, 15a),cosiddette armoniche triple che si presentano in tutte le fasi con la stessa ampiezza e fase, causando un accumulo di corrente nel conduttore neutro invece di annullarsi come le armoniche di ordine dispari non multiplo di tre. si sommano nel neutro, causando:
- Surriscaldamento del neutro, con rischio di danneggiamento dell’isolamento e incendi
- Aumento delle perdite per effetto Joule, riducendo l’efficienza energetica
- Sovratensioni e malfunzionamenti elettronici, specialmente nei sistemi sensibili
- Interferenze elettromagnetiche (EMI), che degradano i segnali di comunicazione
Squilibri di Tensione e Corrente nel Neutro
Lo squilibrio di tensione si verifica quando le tensioni delle tre fasi non sono uguali, spesso a causa di:
- Distribuzione disomogenea dei carichi monofase
- Connessioni difettose o deteriorate
- Guasti su una fase o disallineamenti nei trasformatori
Uno squilibrio elevato provoca:
- Flusso di corrente nel neutro, aumentando il rischio di surriscaldamento
- Sovratensioni nei carichi monofase, con potenziali guasti
- Riduzione del rendimento dei motori elettrici trifase, con vibrazioni e perdite di efficienza
Soluzioni per Ridurre i Problemi del Neutro
Per minimizzare gli effetti negativi di armoniche e squilibri di tensione, si possono adottare le seguenti soluzioni:
1. Filtraggio delle Armoniche
- Filtri Passivi per ridurre specifiche frequenze
- Filtri Attivi per iniezione di corrente compensativa
2. Trasformatori con Collegamenti Speciali
- Trasformatori a zig-zag per ridurre le armoniche triple nel neutro
- Avvolgimenti separati per mitigare le interferenze
3. Monitoraggio e Bilanciamento dei Carichi
- Analizzatori di rete per identificare e correggere squilibri
- Distribuzione uniforme dei carichi monofase tra le tre fasi
4. Conduttore Neutro Sovradimensionato
- In presenza di elevate armoniche, un neutro di sezione maggiore dissipa meglio le correnti indesiderate
5. UPS e Sistemi di Qualità dell’Energia
- UPS con filtri armonici per proteggere le apparecchiature
- Rifasatori per ridurre le correnti di distorsione
Conclusioni
Le armoniche elettriche e gli squilibri di tensione rappresentano una sfida per la qualità dell’energia e la sicurezza degli impianti. Adottare filtri armonici, trasformatori adeguati, e monitoraggio della rete è essenziale per proteggere il neutro e migliorare l’efficienza energetica.
Investire in soluzioni di qualità dell’energia riduce i costi operativi e previene guasti imprevisti.