Armoniche del sistema elettrico e THD spiegati

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Le armoniche del sistema elettrico sono componenti di tensione o corrente le cui frequenze sono multipli interi della frequenza fondamentale di rete. In un sistema a 50 Hz, la 3ª armonica è 150 Hz e la 5ª è 250 Hz; in un sistema a 60 Hz, sono rispettivamente 180 Hz e 300 Hz. Queste componenti si combinano con la forma d'onda fondamentale e fanno sì che la tensione o la corrente si discostino da un'onda sinusoidale ideale.

Distorsione armonica totale (THD) comprime il contenuto armonico combinato in una singola percentuale. È utile per lo screening, l'analisi dei trend e il confronto delle misurazioni, ma un valore di THD da solo non identifica la sorgente, l'ordine armonico dominante, il punto di conformità o il rimedio corretto. Una valutazione difendibile deve distinguere la distorsione di tensione da quella di corrente, confermare dove è stata effettuata la misurazione, esaminare lo spettro armonico e valutare l'installazione in condizioni di carico rappresentative.

Punti di forza

I carichi non lineari creano corrente armonica perché assorbono corrente a impulsi invece che in proporzione alla tensione applicata.
La corrente armonica che scorre attraverso l'impedenza del sistema produce una distorsione armonica della tensione.
THDv, THDi e la distorsione totale della domanda (TDD) utilizzano numeratori o valori di riferimento differenti e non devono essere considerati intercambiabili.
La norma IEEE 519 applica obiettivi di distorsione di tensione e corrente in stato stazionario nel punto di connessione comune (PCC) dell'utente, non come un limite universale di superamento/fallimento per ogni morsetto di dispositivo.
Una lettura elevata di THDi a basso carico può essere fuorviante perché il denominatore della corrente fondamentale è piccolo; il TDD fornisce un riferimento basato sulla domanda per la valutazione del PCC.
La mitigazione dovrebbe seguire la misurazione. Reattori, filtri passivi, filtri armonici attivi, raddrizzatori multipulso e azionamenti con front-end attivo risolvono problemi differenti.
Una batteria di condensatori standard per la rifasamento non è automaticamente un filtro armonico e può creare un rischio di risonanza se applicata senza uno studio sulle armoniche.

Armoniche, THD e TDD in sintesi

Quantità	Cosa descrive	Valore di riferimento	Miglior utilizzo	Errore di interpretazione comune
Armonica individuale	Ampiezza di un ordine armonico, come il 5°	Fondamentale o altro riferimento dichiarato	Identificazione delle sorgenti dominanti e selezione dei filtri	Considerare solo la THD e trascurare un ordine dominante
THDv	Distorsione armonica di tensione combinata	Tensione fondamentale	Valutazione della qualità della forma d'onda su una sbarra o su un morsetto di un'apparecchiatura	Applicazione di un unico limite di tensione in ogni posizione
THDi	Distorsione armonica totale di corrente	Corrente fondamentale all'istante di misura	Valutazione di un carico e monitoraggio del suo comportamento operativo	Confronto della THDi a carico leggero e a pieno carico senza contesto
TDD	Corrente armonica combinata relativa alla corrente di domanda	Corrente di carico massima di domanda, IL	IEEE 519-style current assessment at the PCC	Trattandolo come un altro nome per THDi
Spettro armonico	Ampiezza di ogni ordine armonico misurato	Fondamentale o riferimento dello strumento	Diagnosi della sorgente e selezione della mitigazione	Utilizzo di un singolo valore totale senza verificare gli ordini

Cosa crea le armoniche in un sistema elettrico?

Un carico lineare assorbe una forma d'onda di corrente sostanzialmente proporzionale alla tensione applicata. I riscaldatori a resistenza ne sono un semplice esempio. Un carico non lineare cambia l'impedenza durante ogni ciclo o utilizza commutazione e rettifica, pertanto la sua corrente viene assorbita a impulsi o in segmenti troncati. L'analisi di Fourier rappresenta tale forma d'onda periodica distorta come una componente fondamentale più le componenti armoniche.

La frequenza dell'ordine armonico h è:

fh = h x f1

dove:
fh = frequenza armonica
h  = ordine armonico: 2, 3, 4, 5...
f1 = frequenza fondamentale: normalmente 50 Hz o 60 Hz

I carichi comuni che generano armoniche includono:

azionamenti a frequenza variabile (VFD) a sei impulsi e altri carichi raddrizzatori;
gruppi di continuità (UPS);
alimentatori switching in computer, server e apparecchiature di controllo;
driver LED e alimentatori elettronici per illuminazione;
caricabatterie e apparecchiature di ricarica per veicoli elettrici;
apparecchiature di saldatura, forni ad arco e altri processi industriali non lineari;
apparecchiature magnetiche sature in condizioni operative anomale.

Il carico in genere inietta per prima la corrente armonica. Quando tale corrente fluisce attraverso trasformatore, cavo, sbarra collettrice e impedenza della sorgente, crea cadute di tensione armoniche. La distorsione di tensione risultante può quindi influenzare altre apparecchiature collegate alla stessa sbarra. Questa distinzione è importante perché la sostituzione di un carico sensibile non elimina una sorgente a livello di sistema, mentre l'aggiunta di un filtro sulla sbarra errata potrebbe produrre scarsi miglioramenti.

Come le armoniche distorcono una forma d'onda AC

Una forma d'onda sinusoidale ideale contiene solo la frequenza fondamentale. Un carico non lineare reale può assorbire una corrente fondamentale più componenti di 3ª, 5ª, 7ª e ordine superiore. In ogni istante, queste componenti si sommano algebricamente. Il risultato può apparire appiattito, con picchi marcati, scanalato o comunque distorto anche se la tensione RMS appare vicina al valore nominale.

Componenti fondamentali e armoniche che si combinano in una forma d'onda distorta del sistema elettrico

La forma d'onda e lo spettro forniscono informazioni diverse:

La forma d'onda nel dominio del tempo mostra scanalature, appiattimenti, elevato fattore di cresta e comportamento di commutazione.
Lo spettro nel dominio della frequenza mostra quali ordini armonici sono dominanti.
La THD fornisce un totale conveniente, ma non può mostrare se la distorsione sia principalmente di 3ª, 5ª, 7ª armonica o distribuita su molti ordini.

Per la progettazione delle misure di mitigazione, lo spettro è solitamente più utile del solo valore totale.

Come viene calcolata la distorsione armonica totale?

THD di tensione

La THD di tensione è il valore quadratico medio (root-sum-square) delle tensioni armoniche diviso per la tensione fondamentale:

THDv = [sqrt(V2^2 + V3^2 + ... + Vh^2) / V1] x 100%

V1 = tensione fondamentale RMS
Vh = tensione RMS dell'ordine armonico h

La THDv indica quanto la forma d'onda della tensione nel punto di misura si discosta dalla sua componente fondamentale. È influenzata dalla corrente armonica e dall'impedenza tra la sorgente e il punto di misura.

THD di corrente

Il THD di corrente utilizza la stessa struttura ma riferisce la corrente armonica alla corrente fondamentale misurata in quel momento:

THDi = [sqrt(I2^2 + I3^2 + ... + Ih^2) / I1] x 100%

I1 = corrente fondamentale RMS all'istante di misura
Ih = corrente RMS dell'armonica di ordine h

Il THDi è utile quando si valuta il comportamento di un singolo carico non lineare. Tuttavia, il risultato può aumentare drasticamente a basso carico poiché I1 diventa piccolo, anche quando la corrente armonica assoluta non si trova nella condizione peggiore per il sistema. Registrare sempre la corrente di carico e lo stato operativo accanto al THDi.

Distorsione totale della domanda (TDD)

Il TDD riferisce la corrente armonica a un valore di corrente di domanda piuttosto che alla corrente fondamentale istantanea:

TDD = [sqrt(I2^2 + I3^2 + ... + Ih^2) / IL] x 100%

IL = corrente di carico massima richiesta al PCC, definita per il metodo di valutazione applicabile

Questo denominatore più stabile rende il TDD adatto a valutare come la corrente armonica di una struttura si relaziona alla sua domanda al PCC. Il corretto IL, intervallo di aggregazione, periodo di osservazione e rapporto di cortocircuito devono seguire lo standard applicabile e lo studio di progetto. Non sostituire la taratura dell'interruttore automatico, la corrente di targa del trasformatore o una comoda misura puntuale senza giustificazione.

Perché THDv e THDi possono raccontare storie diverse

Un'elevata distorsione di corrente non significa automaticamente un'elevata distorsione di tensione. Un sistema elettrico rigido con bassa impedenza di sorgente può assorbire una notevole corrente armonica mantenendo una forma d'onda di tensione relativamente pulita. Un sistema debole o una linea di alimentazione lunga e ad alta impedenza possono sviluppare una maggiore distorsione di tensione a partire da una corrente armonica minore.

Anche la distinzione diagnostica inversa è utile:

Un THDi elevato su una derivazione ma un THDv accettabile sul bus principale indica spesso un carico non lineare locale con un impatto limitato sul sistema.
Un THDv elevato su diverse linee di alimentazione suggerisce una distorsione su un bus comune a monte o una condizione di risonanza.
Un THDv elevato all'ingresso del servizio prima dell'attivazione dei principali carichi del sito può indicare un contributo a monte che richiede un'indagine lato utenza.
Un THDi elevato solo durante una specifica modalità operativa punta verso una fonte legata al processo, come il carico dell'azionamento, la conduzione del raddrizzatore o il funzionamento del caricabatterie.

Quali problemi possono causare le armoniche?

Le armoniche non producono un sintomo universale. I loro effetti dipendono dall'ordine armonico, dall'ampiezza, dall'impedenza del sistema, dal profilo di carico, dal sistema di messa a terra, dalla risonanza e dal design dell'apparecchiatura.

Riscaldamento aggiuntivo in conduttori, sbarre e trasformatori

La corrente armonica aumenta la corrente RMS totale e quindi il riscaldamento dei conduttori. Le componenti a frequenza più elevata aumentano anche le perdite per correnti parassite ed effetto pelle nelle parti magnetiche e conduttive. I trasformatori che alimentano un carico non lineare sostanziale possono subire ulteriori perdite negli avvolgimenti e perdite disperse anche quando la richiesta media di kW appare normale.

I collegamenti già influenzati da un'alta resistenza sono particolarmente vulnerabili poiché la corrente RMS distorta si aggiunge al I²R riscaldamento. I metodi diagnostici nella guida VIOX su surriscaldamento della morsettiera aiutano a distinguere il carico armonico da connessioni allentate o degradate.

Surriscaldamento del conduttore di neutro

In un sistema trifase a quattro fili bilanciato, le correnti fondamentali di carichi monofase simili si annullano in gran parte nel neutro. Le armoniche triple, comprese la 3ª, la 9ª e la 15ª, sono componenti a sequenza zero e possono sommarsi nel neutro anziché annullarsi. Una lettura bilanciata della corrente di fase non garantisce quindi una bassa corrente nel neutro.

Il carico del neutro dovrebbe essere misurato direttamente laddove sono concentrati i carichi monofase elettronici. Non confondere la funzione di trasporto di corrente del neutro con il percorso di terra di protezione; la distinzione è spiegata in barra del neutro rispetto alla barra di messa a terra.

Perdite nel motore, pulsazione della coppia e rumorosità

Le armoniche di tensione creano campi magnetici rotanti a velocità e direzioni diverse. Nei motori a induzione, alcune sequenze armoniche si oppongono al campo rotante fondamentale, mentre altre ne rinforzano la direzione a diverse velocità sincrone. Il risultato può includere perdite aggiuntive nel rame e nel ferro, pulsazione della coppia, vibrazioni, rumorosità udibile e una riduzione del margine termico utilizzabile.

Quando sono coinvolti azionamenti, separare le armoniche di linea dal lato ingresso dallo stress di tensione PWM dal lato uscita. Una reattanza di linea o un filtro armonico in ingresso risolvono un problema diverso rispetto a una reattanza di uscita, un filtro sinusoidale o un filtro dV/dt . La guida di VIOX su VFD e soft starter fornisce il contesto più ampio del controllo motore.

Sovrasollecitazione dei condensatori e risonanza

I condensatori di rifasamento riducono la richiesta di potenza reattiva alla frequenza fondamentale, ma la loro impedenza diminuisce all'aumentare della frequenza. Combinati con l'induttanza del sistema elettrico, possono creare una risonanza in parallelo o in serie vicino a un ordine armonico esistente. Il risultato può amplificare la tensione o la corrente armonica e sovraccaricare condensatori, reattanze, trasformatori o dispositivi di commutazione.

Una batteria di condensatori convenzionale non dovrebbe quindi essere presentata come un rimedio armonico universale. Laddove il contenuto armonico sia significativo, la progettazione potrebbe richiedere reattanze di sintonizzazione (detuned), un filtro passivo sintonizzato, un filtro armonico attivo o un'altra soluzione ingegneristica. Lo scopo e i limiti del rifasamento automatico sono trattati in Significato e funzionamento dell'APFC.

Intervento intempestivo e malfunzionamento elettronico

Le forme d'onda distorte possono aumentare la corrente di picco, alterare gli attraversamenti per lo zero, incrementare il riscaldamento e interferire con le apparecchiature che presuppongono un'alimentazione quasi sinusoidale. I possibili sintomi includono l'intervento inspiegabile del dispositivo di protezione, allarmi degli stadi di rifasamento, rumore del trasformatore, reset dei comandi, letture errate da parte di strumenti non idonei e una riduzione della durata utile dell'apparecchiatura.

Questi sintomi non sono una prova della presenza di armoniche. Conduttori allentati, squilibrio di tensione, transitori, sovraccarico, interferenze elettromagnetiche e impostazioni errate possono presentarsi in modo simile. È necessaria una misurazione prima di selezionare un rimedio.

Dove e come devono essere misurate le armoniche?

Il piano di misurazione dovrebbe rispondere a una domanda definita: conformità al PCC, risoluzione dei problemi delle apparecchiature, identificazione della sorgente, pianificazione della capacità o verifica dopo la mitigazione. Una misurazione puntuale raramente risponde a tutte e cinque le esigenze.

1. Definire il perimetro di misurazione

Per una valutazione a livello di stabilimento secondo lo standard IEEE 519, identificare il PCC contrattuale o tecnico. Per la risoluzione interna dei problemi, misurare anche nel punto di accoppiamento dell'impianto, sul bus di distribuzione principale, sulla linea di alimentazione sospetta e sui morsetti di carico, se necessario. Documentare lo schema unifilare e la posizione di ogni lettura.

2. Utilizzare una strumentazione idonea

Utilizzare un analizzatore di qualità dell'energia in grado di eseguire la misurazione simultanea di tensione e corrente trifase, l'acquisizione dello spettro armonico, THDv, THDi, TDD ove richiesto, la registrazione degli eventi e la misurazione della corrente di neutro per sistemi a quattro fili. La norma IEC 61000-4-7 tratta la strumentazione di misura per armoniche e interarmoniche, mentre la IEC 61000-4-30 definisce i metodi di misurazione della qualità dell'energia e le relative classi di misura.

Un multimetro base a risposta media non è sufficiente per diagnosticare forme d'onda distorte. Un multimetro true-RMS può migliorare la precisione della corrente e della tensione RMS, ma solitamente non sostituisce un analizzatore di qualità dell'energia per l'analisi dell'ordine armonico, del trend, della direzione e della conformità.

3. Acquisire condizioni operative rappresentative

Registrare le misurazioni attraverso diversi stati operativi invece di fare affidamento su un singolo snapshot:

carico minimo, normale e massimo dell'impianto;
accelerazione dell'azionamento, funzionamento a regime e condizioni a bassa velocità;
modalità operative di UPS o caricabatterie;
stadi di rifasamento inseriti e disinseriti;
funzionamento in parallelo tra generatore e rete dove possibile;
cicli di produzione associati a reclami o surriscaldamento.

4. Registrare il contesto per ogni valore di THD

Come minimo, registrare:

punto di misura e configurazione del sistema;
tensione fase-fase e fase-neutro come applicabile;
corrente RMS di fase e di neutro;
THDv, THDi e TDD dove rilevante;
spettro armonico individuale e valori di fase;
kW, kVA, kvar, fattore di potenza e stato del carico;
trasformatore di alimentazione, conduttore e stato del banco di condensatori;
timestamp e intervallo di registrazione.

5. Tracciare la sorgente sistematicamente

Iniziare dal punto di valutazione e confrontare le letture a monte e a valle. Se la distorsione aumenta bruscamente quando un alimentatore viene attivato, proseguire verso quel ramo. Se diversi alimentatori mostrano una distorsione di tensione simile, esaminare il bus comune, la risonanza del condensatore o la sorgente a monte.

Percorso di misura dal carico non lineare attraverso il quadro di derivazione e la sbarra principale fino al punto di connessione comune

La sequenza corretta è misurare, localizzare, modellare, mitigare e verificare. L'installazione di un filtro prima di stabilire questo valore di riferimento può nascondere un sintomo, lasciando invariata la fonte reale o la risonanza.

Come si applicano le norme alle armoniche

Riferimento	Ruolo primario	Limite pratico
IEEE 519-2022	Obiettivi di distorsione della tensione e della corrente di sistema	Applicato al PCC dell'utente in condizioni di regime permanente definite; i limiti di corrente dipendono dal contesto del sistema, inclusa la potenza di cortocircuito relativa alla domanda
IEC 61000-4-7	Strumentazione per la misurazione di armoniche e interarmoniche	Definisce come le componenti spettrali vengono raggruppate e misurate per la valutazione delle apparecchiature e del sistema elettrico di alimentazione
IEC 61000-4-30:2025	Metodi di misurazione della qualità dell'energia in loco	Definisce metodi ripetibili e approcci di Classe A/Classe S per parametri che includono le armoniche di tensione e corrente
IEC 61000-2-4:2024	Livelli di compatibilità nei sistemi di distribuzione dell'energia industriali	Si applica a un punto di accoppiamento interno all'impianto e suddivide gli ambienti elettromagnetici industriali in classi definite
IEC 61000-3-2 / IEC 61000-3-12	Limiti di emissione di corrente armonica per categorie di apparecchiature specificate	Standard a livello di apparecchiatura con ambito definito; non sostituiscono una valutazione completa del PCC dell'impianto

Tre regole prevengono la maggior parte degli errori sugli standard:

Confermare il punto di valutazione. Un limite al PCC non è automaticamente il limite all'ingresso di un VFD o a un quadro di derivazione remoto.
Confermare il denominatore e il metodo di media. THDi e TDD possono produrre percentuali molto diverse dallo stesso spettro di corrente.
Verificare l'edizione applicabile e il campo di applicazione dell'apparecchiatura. I requisiti dell'ente fornitore, le specifiche di progetto, i codici di rete regionali e gli standard di prodotto possono imporre obblighi che vanno oltre una guida generale.

Quale metodo di mitigazione delle armoniche si dovrebbe utilizzare?

Non esiste un filtro universalmente migliore. Scegliere il metodo in base allo spettro della sorgente, alla variabilità del carico, all'impedenza del sistema elettrico, alle prestazioni richieste, allo spazio disponibile, alle perdite, alla capacità di manutenzione e alla futura espansione.

Situazione	Opzioni di mitigazione da valutare	Considerazioni ingegneristiche
Un azionamento convenzionale a sei impulsi	Reattanza di linea AC, induttanza DC, filtro armonico passivo, azionamento a basse armoniche o azionamento con front-end attivo	Riduzione richiesta, gamma di carico, caduta di tensione, efficienza, ingombro, configurazione bypass
Diversi carichi non lineari con domanda variabile	Filtro attivo di armoniche centralizzato o distribuito	Posizione dei TA, corrente di compensazione, ordini armonici, diversità di carico, margine di espansione
Ordini armonici dominanti stabili	Filtro passivo sintonizzato o a banda larga	Impedenza di rete, tolleranza di sintonizzazione, carico del condensatore, risonanza, funzionamento del generatore
Rifasamento in una rete distorta	Banca di condensatori detuned o banco di filtri progettato	Spettro esistente, frequenza di risonanza, corrente del condensatore, ciclo di commutazione, impostazioni del controller
Alta corrente armonica tripla in un sistema a quattro fili	Ridurre le emissioni alla fonte, ridistribuire i carichi, utilizzare un filtraggio appropriato e riesaminare il design del neutro/trasformatore	Misurazione della corrente del neutro, capacità termica del conduttore, idoneità del trasformatore, carico elettronico futuro
Nuovo progetto con elevata richiesta di raddrizzatori	Raddrizzatore multipulso, trasformatore a sfasamento, front end attivo o apparecchiatura a basse armoniche specificata	Potenza della sorgente, ridondanza, complessità del trasformatore, costo del ciclo di vita, obiettivo di conformità
Apparecchiature esistenti già in surriscaldamento	Riduzione del carico e controllo del rischio termico prima della mitigazione permanente	Analisi delle armoniche, ispezione delle connessioni, ventilazione, condizioni dei conduttori e del trasformatore

Reattanze di linea e induttanze DC

Le reattanze aggiungono impedenza e livellano la corrente assorbita dai carichi raddrizzatori. Sono relativamente semplici e robuste, ma il loro risultato dipende dall'impedenza della sorgente e dalla progettazione dell'azionamento. Esse riducono, piuttosto che eliminare, la corrente armonica e introducono cadute di tensione e perdite.

Filtri armonici passivi

I filtri passivi combinano induttori e condensatori per fornire un percorso a bassa impedenza per frequenze armoniche selezionate o per l'attenuazione a banda larga. Possono essere efficaci per carichi stabili e prevedibili, ma devono essere progettati in base alla rete reale. Il detuning, le tolleranze dei componenti, la variazione del carico e l'interazione con generatori o altri banchi di condensatori richiedono una verifica.

Filtri armonici attivi

Un filtro attivo per armoniche misura la distorsione e inietta una corrente di compensazione. Si adatta meglio ai profili di carico variabili e può puntare a molteplici ordini armonici, ma la sua capacità di corrente, la disposizione dei TA, la risposta, l'involucro, le perdite e gli obiettivi di controllo devono essere specificati.

Azionamenti a bassa distorsione armonica e front-end attivi

Le architetture di azionamento a bassa distorsione armonica riducono la distorsione alla fonte piuttosto che compensare diversi carichi su un bus comune. Possono semplificare una nuova installazione ma incidono su costo, ingombro, perdite, compatibilità elettromagnetica e strategia di manutenzione. La capacità rigenerativa e la bassa distorsione armonica sono requisiti distinti, anche quando un singolo prodotto li offre entrambi.

Un flusso di lavoro pratico per l'analisi delle armoniche

Definire il reclamo e il perimetro. Identificare il surriscaldamento, il funzionamento intempestivo, la conformità, l'espansione o il malfunzionamento dell'apparecchiatura come problema focale.
Esaminare lo schema unifilare e l'inventario dei carichi. Contrassegnare carichi non lineari, banchi di condensatori, generatori, trasformatori e linee di alimentazione lunghe.
Stabilire una linea di base nel PCC o sulla sbarra principale. Registrare tensione, corrente, domanda, THD/TDD e lo spettro armonico.
Tracciare gli ordini dominanti verso i carichi di derivazione. Confrontare le variazioni durante il ciclo dei carichi principali.
Verificare la risonanza e l'impedenza del sistema elettrico. Includere i dati del trasformatore e del banco di condensatori nello studio.
Selezionare le soluzioni di mitigazione candidate. Confrontare la riduzione alla sorgente, il filtraggio passivo, il filtraggio attivo e le misure di tenuta delle apparecchiature.
Prestazioni previste dal modello. Verificare gli stati operativi normale, minimo, massimo, di rete e del generatore.
Implementare con protezione e progettazione termica. Coordinare conduttori, dispositivi di commutazione, ventilazione e protezione del filtro.
Ripetere le misurazioni originali. Verificare il miglioramento nelle stesse posizioni e con stati di carico comparabili.

Errori comuni nella valutazione delle armoniche

Trattare ogni percentuale di THD come la stessa quantità

Etichettare sempre il valore come THDv, THDi o TDD e registrarne il denominatore. Una percentuale priva della grandezza misurata e della posizione rappresenta un dato incompleto.

Misurazione solo presso il carico non lineare

Una misurazione al morsetto del carico descrive il carico ma non stabilisce la conformità dell'impianto né l'impatto al PCC. Eseguire entrambe le misurazioni ove richiesto.

Utilizzo della THD senza lo spettro armonico

Due sistemi possono avere la stessa THD ma necessitare di una mitigazione differente poiché i loro ordini dominanti differiscono. Conservare i dati armonici individuali.

Installazione di condensatori senza verifica della risonanza

I condensatori possono spostare la risonanza di rete verso un'armonica esistente. Esaminare il contenuto armonico e l'impedenza prima di aggiungere o espandere la rifasatura.

Assumere che un SPD rimuova le armoniche

Un SPD limita le sovratensioni transitorie in base al suo progetto; non filtra in modo continuo le armoniche a bassa frequenza di rete. Armoniche e sovratensioni richiedono valutazioni e misure protettive diverse. Per il limite di protezione dai transitori, vedere cosa fa un dispositivo di protezione contro le sovratensioni.

Trattare un neutro più grande o un trasformatore come mitigazione della sorgente

Le apparecchiature termicamente robuste possono tollerare meglio il carico armonico, ma non riducono necessariamente l'iniezione di armoniche o la distorsione di tensione. Separare le misure di tenuta dalla riduzione delle emissioni.

Domande Frequenti

Qual è la differenza tra armoniche e THD?

Le armoniche sono le singole componenti di frequenza a multipli interi della frequenza fondamentale. Il THD è una percentuale che rappresenta la grandezza root-sum-square di tali componenti armoniche rispetto a un riferimento dichiarato.

Il THD si misura sulla tensione o sulla corrente?

Può essere misurato su entrambe. Il THDv descrive la distorsione della forma d'onda di tensione, mentre il THDi descrive la distorsione della forma d'onda di corrente. La grandezza deve essere specificata perché le cause, i limiti e l'interpretazione differiscono.

Perché il THD di corrente può sembrare molto elevato a carico leggero?

Il THDi divide la corrente armonica per la corrente fondamentale istantanea. Con carico leggero, il denominatore fondamentale diventa piccolo, quindi la percentuale può aumentare anche se la corrente armonica assoluta non è aumentata. Verificare l'ampiezza di corrente, lo spettro e il TDD ove applicabile.

Qual è la differenza tra THDi e TDD?

Il THDi riferisce la corrente armonica alla corrente fondamentale all'istante di misurazione. Il TDD la riferisce a una corrente di carico massima definita. Il TDD è pertanto più stabile per la valutazione del PCC in condizioni di carico variabili.

Le armoniche aumentano sempre la corrente sul neutro?

Non in ogni sistema elettrico. Il problema è più marcato nei sistemi trifase a quattro fili che alimentano molti carichi non lineari monofase, dove le correnti armoniche triple possono sommarsi nel neutro. Misurare il neutro direttamente anziché presumere l'annullamento.

Un banco di condensatori può ridurre il THD?

Solo quando è progettato come parte di un sistema di filtraggio armonico o di compensazione detuned. Un banco di condensatori standard potrebbe non ridurre il THD e può amplificare la distorsione se risuona con l'induttanza del sistema.

Uno scaricatore di sovratensione (SPD) filtra le armoniche?

No. Un SPD gestisce le sovratensioni transitorie. Le armoniche sono componenti della forma d'onda a regime o ricorrenti che richiedono la riduzione alla sorgente, reattori, filtri per armoniche o altre misure di qualità dell'energia.

Dove dovrebbero essere effettuate le misurazioni secondo lo standard IEEE 519?

Lo standard IEEE 519 stabilisce gli obiettivi di distorsione a regime nel punto di comune accoppiamento dell'utente. Il PCC effettivo deve essere identificato in base alla disposizione del servizio e del progetto, invece di dare per scontato che si tratti di ogni morsetto delle apparecchiature.

Quale strumento è necessario per misurare la THD?

Utilizzare un analizzatore di qualità dell'energia adatto all'obiettivo di valutazione e in grado di registrare tensione trifase, corrente, spettro armonico, THD e TDD quando richiesto. Un multimetro a vero valore efficace (true-RMS) è utile per valori RMS accurati su forme d'onda distorte, ma normalmente non può eseguire uno studio armonico completo.

Conclusione

La valutazione delle armoniche non è la ricerca di un singolo valore THD accettabile. Si tratta di un'indagine strutturata sulle componenti della forma d'onda, sul punto di misurazione, sulla potenza del sistema, sul comportamento del carico e sull'interazione tra le apparecchiature.

Iniziare distinguendo THDv, THDi e TDD. Misurare al confine corretto in condizioni operative rappresentative, conservare lo spettro armonico individuale e risalire agli ordini dominanti verso le loro sorgenti. Successivamente, selezionare la mitigazione che corrisponde alla rete: reattori per impedenza e livellamento, filtri passivi per spettri prevedibili, filtri attivi per carichi variabili o apparecchiature a basse armoniche quando la riduzione alla sorgente rappresenta la scelta migliore per il sistema.

Per i costruttori di quadri e gli OEM, la specifica più importante non è semplicemente una “bassa THD”. Si tratta di un requisito di prestazione definito legato al PCC o al morsetto dell'apparecchiatura, all'intervallo di carico operativo, allo standard applicabile, al metodo di misurazione e alla procedura di verifica.