Poiché i moderni sistemi di alimentazione si basano sempre più su carichi non lineari, la distorsione armonica totale di corrente (THDi) è diventata un fattore critico per garantire la qualità dell'energia e la longevità delle apparecchiature. In questo articolo, esploriamo cos'è la THDi, le sue cause, il suo impatto sulle apparecchiature e come mitigarla utilizzando tecniche avanzate di filtraggio armonico.

1. Che cos'è il THDi?

THDi è l'acronimo di Distorsione Armonica Totale di Corrente. Viene utilizzato per misurare il grado di distorsione nella forma d'onda di corrente all'interno di un sistema di alimentazione, rappresentando il rapporto tra la corrente armonica totale e la corrente fondamentale, tipicamente espresso in percentuale.

Secondo la norma nazionale GB/T 14549-93:

Reti pubbliche: THDi < 5%

Reti ad alta tensione (>10 kV): THDi < 4%

Sistemi industriali: THDi < 5%

Sistemi residenziali: THDi < 3%

Sistemi di fascia alta (ad esempio accumulo di energia): il THDi può essere < 3%

2. Principali fonti di distorsione armonica Il THDi deriva principalmente da carichi non lineari, ovvero dispositivi in cui la relazione tensione-corrente non segue la legge di Ohm. Questi dispositivi assorbono correnti non sinusoidali anche in presenza di tensione sinusoidale, creando armoniche a multipli della frequenza fondamentale.

Alcuni esempi chiave sono:

Dispositivi di commutazione a semiconduttore (diodi, tiristori, IGBT): causano forme d'onda pulsate o tagliate, con conseguente formazione di armoniche di ordine superiore.

Caricabatterie industriali con rettifica : I raddrizzatori a 6 impulsi producono THDi >30%, con 5a, 7a, 11a e 13a armonica. I raddrizzatori a 12 impulsi riducono il THDi all'8-10% ma richiedono comunque il filtraggio.

3. Impatti dell'elevato THDi sulle apparecchiature

1. Surriscaldamento e derating del trasformatore Le correnti armoniche aumentano le perdite per correnti parassite, rame e dispersioni nei trasformatori. L'effetto pelle si intensifica, causando un aumento della temperatura e richiedendo un derating (tipicamente del 15-20%). Il surriscaldamento a lungo termine porta all'invecchiamento dell'isolamento e alla riduzione della durata.

2. Risonanza del condensatore e rischio di esplosione I condensatori hanno una reattanza dipendente dalla frequenza. Le armoniche di ordine elevato (ad esempio, l'undicesima) possono causare risonanza e picchi di corrente. I dati reali mostrano picchi di corrente armonica dall'1,3% al 39%, che portano a sovratensioni nel condensatore e possibili esplosioni.

3. Degrado dell'isolamento del cavo Le armoniche intensificano l'effetto pelle e raddoppiano il riscaldamento del cavo. La sovrapposizione di terze armoniche nei sistemi sbilanciati aumenta la corrente di linea del neutro fino a 3 volte la corrente di fase, aumentando i rischi di scarica, cortocircuito e incendio.

4. Distorsione di tensione e malfunzionamento delle apparecchiature Quando il THDi supera il 15%, la distorsione di tensione (THDu) aumenta, influenzando i sistemi di controllo di precisione e i componenti elettronici sensibili.

4. Misure efficaci di mitigazione armonica

1. Aggiorna a Raddrizzatori a 12 impulsi La sostituzione dei raddrizzatori a 6 impulsi riduce il THDi dal 30-40% all'8-12%.

2. Correzione del fattore di potenza (PFC) I circuiti PFC attivi nei caricabatterie e negli alimentatori possono sopprimere la quinta e la settima armonica, ottenendo un THDi <5%.

3. Filtri di potenza attivi (APF) Gli APF rilevano le armoniche in tempo reale e iniettano correnti di compensazione. Con un tempo di risposta <5 ms e un'efficienza di soppressione >95%, coprono la seconda e la cinquantesima armonica. In combinazione con filtri LC passivi, possono eliminare efficacemente l'undicesima e la tredicesima armonica, ideali per la protezione lato trasformatore.

5. Scenari applicativi reali

Le nostre soluzioni di filtraggio delle armoniche, se implementate con i caricabatterie industriali EverExceed, hanno migliorato significativamente la qualità dell'energia nelle infrastrutture chiave:

nodi di trasporto (stazioni ferroviarie ad alta velocità e della metropolitana)

Impianti e sottostazioni comunali

Impianti di illuminazione delle centrali elettriche e stazioni di commutazione

In queste implementazioni, i tassi di qualificazione della tensione sono aumentati dal 75% al 99% e i danni ai componenti dovuti all'instabilità della tensione sono diminuiti del 90%.

Conclusione: perché la gestione THDi è importante Il THDi è più di un parametro tecnico: è un indicatore fondamentale dello stato di salute del sistema elettrico. La mitigazione proattiva delle armoniche salvaguarda le apparecchiature, migliora l'efficienza e garantisce la stabilità operativa.

EverExceed offre soluzioni avanzate di filtraggio delle armoniche, studiate appositamente per applicazioni industriali. Contattateci oggi stesso per scoprire come possiamo aiutarvi a ottimizzare i vostri sistemi di alimentazione in termini di prestazioni, sicurezza e affidabilità.