Il ruolo della soppressione delle armoniche nella protezione delle apparecchiature di commutazione elettrica in media e bassa tensione

Le armoniche rappresentano un nemico insidioso con cui i moderni sistemi di distribuzione elettrica devono confrontarsi quotidianamente. Generate da carichi non lineari, quali azionamenti a frequenza variabile (VFD), raddrizzatori, illuminazione a LED e gruppi di continuità (UPS), le correnti e le tensioni armoniche alterano la natura sinusoidale dell’alimentazione elettrica. Sebbene l’impatto di tale fenomeno sui trasformatori sia ben noto (riscaldamento e perdite eccessive), l’effetto sulle apparecchiature di commutazione a monte in media tensione (MV) e bassa tensione (LV) è altrettanto catastrofico. La soppressione delle armoniche non riguarda soltanto la qualità dell’energia, ma costituisce un metodo fondamentale per preservare l’integrità stessa del sistema elettrico: le apparecchiature di commutazione che controllano e isolano l’alimentazione.

Lo stress nascosto sui componenti delle apparecchiature di commutazione

L'equipaggiamento di commutazione è inoltre impostato per funzionare a una specifica frequenza e tensione, tipicamente 50 o 60 Hz. Le armoniche generano correnti ad alta frequenza che compromettono gravemente l’integrità meccanica e termica dei componenti dell’equipaggiamento di commutazione. Le correnti armoniche possono influenzare il funzionamento dei dispositivi termomagnetici nei quadri di interruzione, causandone il distacco. Le correnti parassitarie provocano un ulteriore riscaldamento delle parti conduttive, delle sbarre collettore e dei collegamenti indotti alle frequenze armoniche. Ciò accelera il processo di invecchiamento dell’isolamento e aumenta la resistenza dei giunti meccanici. L’effetto pelle può far concentrare il flusso di corrente sulla superficie dei conduttori alle alte frequenze, riducendo efficacemente la portata in corrente dei conduttori e causando punti caldi. Il sistema di progettazione dei trasformatori Ryan tiene conto della distorsione armonica totale (THD) affinché l’equipaggiamento di commutazione e trasformatori possa operare come un’unica unità, evitando guasti imprevisti che causino costosi tempi di fermo.

Come i trasformatori diventano la prima linea di difesa

Trasformatori offrirà sempre una certa impedenza alle armoniche e sono necessari progetti speciali per ridurle efficacemente. In questo caso nasce la distinzione tra un trasformatore di distribuzione convenzionale e un trasformatore riduttore di armoniche (o con rating K). I trasformatori normali non tengono conto delle perdite per correnti parassitarie causate dai carichi non lineari; essi si surriscaldano e hanno una vita utile ridotta.

Possiamo personalizzare i nostri trasformatori, in particolare la linea VPI (e persino i nostri modelli a secco in resina epossidica) presso Ryan Electric per incorporare caratteristiche di soppressione delle armoniche. Riduciamo la trasmissione delle armoniche di sequenza zero (inclusa la terza armonica) tra il lato BT e il lato MT grazie a schermature elettromagnetiche e a specifiche configurazioni del nucleo. Ciò impedisce che le correnti armoniche fluiscano verso monte, causando sollecitazioni sull’apparecchiatura di commutazione MT. Inoltre, i nostri trasformatori, per progettazione, offrono una funzione di buffer quando collegati in una sottostazione di unità, concentrandosi sulla distorsione armonica sul lato carico e non sottoponendo l’apparecchiatura di commutazione primaria a un carico elettrico superfluo.

Spostamento di fase: la chiave per la cancellazione nelle applicazioni con raddrizzatori

Nei grandi sistemi raddrizzatori (ad esempio elettrolisi, affinazione dei metalli o grandi centri dati), la forma più efficace di soppressione delle armoniche è ottenuta prima che queste raggiungano l’apparecchiatura di commutazione. I trasformatori a spostamento di fase consentono di realizzare tale obiettivo.

Ryan Electric è specializzata nei raddrizzatori a impulsi multipli (12 impulsi, 24 impulsi e 48 impulsi) trasformatori . Sono effettivamente i predecessori dei raddrizzatori, che provocano uno sfasamento tra gli avvolgimenti secondari, in modo che le armoniche generate dai raddrizzatori (la 5ª, la 7ª, ecc.) possano annullarsi nel trasformatore stesso. La quantità di corrente che circola sul lato primario e attraverso l’apparecchiatura di commutazione media tensione è molto più pulita. Questa soppressione passiva delle armoniche riduce il livello di corrente efficace (RMS) che attraversa le sbarre collettore e gli interruttori dell’apparecchiatura di commutazione, abbassa le temperature di esercizio ed estende la vita utile di questi componenti essenziali, senza ricorrere a costosi filtri attivi.

Integrazione del sistema e conformità agli standard internazionali

La soppressione delle armoniche richiede una visione sistemica dell'impianto elettrico. Non esiste alcun trasformatore in isolamento: esso deve essere integrato con quadri elettrici, dispositivi di misura e relè di protezione per formare una rete affidabile. Le soluzioni offerte da Ryan Electric tengono conto di questa integrazione. I nostri trasformatori per minisottostazioni e le sottostazioni monoblocco forniscono una soluzione intermedia tra l’alimentazione e la distribuzione in media tensione (MT) e quella in bassa tensione (BT).

Garantiamo che le nostre apparecchiature rispettino elevati standard internazionali, tra cui la norma IEEE 519, che stabilisce il livello massimo di distorsione armonica ammissibile presso il punto comune di accoppiamento. La produzione e i test dei nostri trasformatori e delle relative apparecchiature di comando consentono di proteggere l’intero sistema, e non soltanto il trasformatore. Per assicurare che le nostre apparecchiature, una volta installate sul campo, proteggano efficacemente le apparecchiature di comando in media e bassa tensione dagli effetti distruttivi della distorsione armonica, ne verifichiamo le prestazioni sotto carichi armonici simulati nei nostri laboratori di prova approvati CNAS, garantendo così ai nostri clienti affidabilità presso i data center Microsoft e presso le aziende nazionali del settore elettrico.

Soluzioni esperte per trasformatori

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