LE ARMONICHE ORIGINI DELLE ARMONICHE EFFETTI DELLE ARMONICHE RIDUZIONE DELLE ARMONICHE FILTRI ANTIARMONICHE COMPENSATORI ATTIVI DI ARMONICHE A.

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Adelina Pinna
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1 LE ARMONICHE ORIGINI DELLE ARMONICHE EFFETTI DELLE ARMONICHE RIDUZIONE DELLE ARMONICHE FILTRI ANTIARMONICHE COMPENSATORI ATTIVI DI ARMONICHE A.1

2 ORIGINI DELLE ARMONICHE Le armoniche sono correnti o tensioni sinusoidali dove la loro frequenza è un multiplo intero della frequenza fondamentale a 50 Hz del sistema di distribuzione sovrapponendosi rispettivamente alla corrente fondamentale ed alla tensione fondamentale, le armoniche deformano la loro forma d onda. A.2

3 FONDAMENTALE H1 DISTORTA DA ARMONICA H3 A.3

4 ORIGINI DELLE ARMONICHE lampade fluorescenti apparecchiature ad induzione magnetica con saturazione utenze informatiche raddrizzatori AC-DC inverter fotovoltaici convertitori alimentatori switching avviatori statici di motori variatori di velocità gruppi statici di continuità saldatrici forni ad arco carichi non lineari A.4

5 CARICO LINEARE La corrente assorbita è sinusoidale e con la stessa frequenza della tensione. La corrente può essere sfasata rispetto alla tensione. C è una relazione lineare tra tensione e corrente, con un coefficiente costante impedenza del carico A.5

6 CARICO NON LINEARE La corrente assorbita è periodica, ma non più sinusoidale perché deformata dalle armoniche. Tensione e corrente non sono più legate da una relazione lineare perché l impedenza del carico varia all interno del periodo. La corrente diventa la sovrapposizione di - una corrente sinusoidale fondamentale a 50 Hz - armoniche, correnti sinusoidali di ampiezza inferiore e con frequenze multiple della fondamentale. A.6

7 TENSIONI E CORRENTI DI CARICHI NON LINEARI A.7

8 CLASSI DI ARMONICHE - armoniche H7 - H13 sequenza positiva - armoniche H5 - H11 sequenza negativa - armoniche H3 - H9 sequenza omopolare A.8

9 NOTA SULLE ARMONICHE DI SEQUENZA OMOPOLARE Le correnti delle tre fasi sono sfasate di un terzo di periodo e le loro rispettive armoniche IH3 sono in fase e si sommano in valore istantaneo. Di conseguenza Quando non ci sono armoniche la corrente nel neutro è nulla IN = I1 + I2 + I3 = 0 Quando ci sono armoniche I1 + I2 + I3 = 3 IH3 A.9

10 IN PRESENZA DI ARMONICHE DI CLASSE 3 E DEI SUOI MULTIPLI, LA CORRENTE NEL NEUTRO NON SARÀ UGUALE A ZERO MA SARÀ PARI ALLA SOMMA DELLE CORRENTI OMOPOLARI. LE ARMONICHE DI CLASSE 3 ED I SUOI MULTIPLI, SI SOMMANO NEL CONDUTTORE DI NEUTRO A.10

11 GRANDEZZE DELLE ARMONICHE Valore efficace delle armoniche - IH1 è la componente fondamentale (a 50 o 60 Hz). - IHk è la componente armonica di classe k (k volte 50 o 60 Hz). Valore efficace della corrente totale Tasso individuale di ogni classe d armoniche L'importanza di una corrente armonica viene valutata confrontando il relativo valore efficace espresso in percentuale e quello della corrente fondamentale. Tale rapporto è il tasso individuale di armonica. Distorsione armonica in tensione ed in corrente Ad ogni corrente armonica del carico corrisponde, in effetti, un'armonica della tensione d'alimentazione con pari frequenza. Anche la tensione, di conseguenza, viene deformata dalle armoniche. La deformazione di un'onda sinusoidale è misurata dal tasso totale di distorsione: * Total Harmonic Distorsion (distorsione armonica totale) Si definiscono i valori seguenti: w THDU % per la tensione, in base alle armoniche in tensione w THDI % per la corrente, in base alle armoniche in corrente. Il THDI (o il THDU con i valori UHk) viene misurato con la seguente equazione: Il THDI (o THDU) viene anche espresso in funzione dei singoli tassi di armoniche. Fattore di cresta Il fattore di cresta (Fc) caratterizza la forma del segnale (corrente o tensione) grazie al rapporto tra il valore di cresta rispetto al valore efficace. Ecco qualche tipico esempio per tipologie di utenze: - carico lineare: Fc = 2 = 1,414 - carico informatico: Fc = da 2 a 2,5 - micro-informatica: Fc = da 2 a 3. A.11

12 Fattore di potenza È il rapporto della potenza attiva P (kw) rispetto alla potenza apparente S (kva) ai morsetti del carico non lineare considerato. Non esprime più uno sfasamento tra tensione e corrente poiché non più sinusoidali. Sfasamento della corrente fondamentale Lo sfasamento j1 tra la tensione fondamentale e la corrente fondamentale, entrambe sinusoidali, può essere definito dal seguente rapporto: P1 e S1 rappresentano la potenza attiva e la potenza apparente della fondamentale. Fattore di distorsione Il fattore di distorsione viene definito come segue: Con armoniche assenti, il fattore di potenza è uguale ad 1 ed è uguale al cos j. Potenze Carichi lineari Ai morsetti di un carico lineare trifase equilibrato, alimentato da una tensione composta U e percorso da una corrente I con sfasamento j, le potenze saranno: - P apparente = S = UI, in kva, - P attiva = S cos j, in kw, - P reattiva = Q = S sin j, in kvar. Carichi non-lineari Ai morsetti di un carico non lineare, l espressione di P è molto più complessa, infatti U e I contengono le armoniche. Semplificando è possibile scrivere: w P = S l (l = fattore di potenza). Per le fondamentali U1 e I1 sfasate di j1, le potenze diventano: - P apparente fondamentale = S1 = U1 I1 3 - P attiva fondamentale = P1 = S1 cos j1 - P reattiva fondamentale Q1 = S1 sin j1 (D indica la potenza deformante, dovuta alle armoniche). A.12

13 Gli effetti principali sono: EFFETTI DELLE ARMONICHE perdita di potenza apparente riscaldamento dei cavi e delle connessioni (effetto joule causate dalle singole armoniche di corrente) presenza di corrente nel neutro (riscaldamento e perdite) inquinamento nell impianto - la distorsione in corrente THDI introduce una distorsione in tensione THDU - la tensione di sbarra risulta deformata per cui le altre utenze collegate sono alimentate a loro volta da una tensione deformata con ulteriore cattivi funzionamenti. A.13

14 rischio di rottura dei condensatori - la corrente è I = UCω - con corrente armonica di classe k ω = 2πkf per cui I = 2πkfUC - per una qualsiasi frequenza si può avere un effetto di risonanza tra la capacità C con l induttanza L dell impianto, con conseguente aumento della corrente. A.14

15 problemi nei trasformatori - riduzione della potenza - aumento delle perdite a vuoto - aumento delle perdite a carico - aumento rumore problemi nei motori - aumento delle perdite Joule nello statore - presenza di coppie pulsanti interventi intempestivi di relè di protezione interventi intempestivi di interruttori allarmi generici ed immotivati su utenze sensibili. A.15

16 disturbi su rete dati blocco di apparecchiature elettroniche errate misure di grandezze elettriche - particolare attenzione all utilizzo dei contatori per la misura dell energia scambiata e della energia generata, in impianti di produzione da fonti rinnovabili (fotovoltaico, eolico, biomasse, ecc.) costi aggiuntivi A.16

17 RIDUZIONE DELLE ARMONICHE STRATEGIE accettazione della presenza delle armoniche sovradimensionando le apparecchiature eliminazione parziale o totale delle armoniche utilizzando filtri o conpensatori attivi. A.17

18 RIDUZIONE DELLE ARMONICHE CON SOVRADIMENSIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE raddoppio della sezione dei cavi raddoppio della potenza della sorgente A.18

19 AUMENTO DELLA SEZIONE DEI CAVI AL FINE DI LIMITARE LA DISTORSIONE E LE PERDITE INFLUENZA DELLA SEZIONE DEI CAVI SUL RAPPORTO Lω/R. Per le armoniche più diffuse (da H3 a H7) il rapporto ωl/r è 1 per cavi di sezione 35 mmq. Per sezioni maggiori è opportuno agire sulle induttanze utilizzando linee con più conduttori in parallelo per ottenere altrettante impedenze in parallelo. A.19

20 FILTRI ANTIARMONICHE FILTRI PASSIVI Sono di tipo LC ed accordati sulla frequenza da eliminare oppure ottenuano una banda di frequenza il disinquinamento è efficace solo per l impianto allo stato attuale (diagnosi, analisi armoniche, dimensionamento filtro). FILTRI OMOPOLARI filtraggio delle armoniche omopolari di classe 3 riequilibrio delle correnti di fase A.20

21 COMPENSATORI ATTIVI DI ARMONICHE I compensatori attivi di armoniche misurano le singole correnti armoniche e ne producono di eguali e contrarie. Vantaggi della compensazione attiva - Soluzione "larga banda" che agisce sulle armoniche di ogni singola fase dalla classe 2 a alla 25 a (compensazione globale). - Possibilità di selezionare le classi di armoniche che si vogliono compensare (compensazione locale). - Nessun rischio di sovraccarico. - Si adatta automaticamente ad ogni tipo di utenza, monofase o trifase. - Compatibile con tutti i regimi di neutro. - Compensazione del Cos j. - Riutilizzabile in altre installazioni. - Aggiornabile con altre unità connesso in parallelo. - Dimensioni ridotte, estremamente compatto. - Installazione semplice, con trasformatore di corrente a monte o a valle. - Tempo di risposta 40 msec A.21

22 PRINCIPIO DELLA COMPENSAZIONE ATTIVA CON SINEWAVE A.22

23 MODALITÀ D INSTALLAZIONE COMPENSATORI ATTIVI FUNZIONAMENTO IN PARALLELO DI TRE COMPENSATORI SINEWAVE COMPENSATORI SINEWAVE COLLEGATI IN CASCATA COMPENSATORE SINEWAVE PER IL DISINQUINAMENTO DI PIÙ CIRCUITI DI USCITA. A.23

24 INSTALLAZIONE CON UN TA A MONTE DEL CARICO. INSTALLAZIONE A DUE TA, UNO SUL QUADRO D INGRESSO E L ALTRO A MONTE DEL SINEWAVE. A.24

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