.Distorsione della forma d'onda di tensione e corrente

Responsabili delle distorsioni delle forme d'onda sono principalmente i carichi non lineari che, anche se alimentati con tensioni sinusoidali, assorbono correnti fortemente deformate. Tipici carichi non lineari sono i dispositivi che effettuano conversioni alternata/continua e continua/alternata (presenti in tutti gli alimentatori elettronici come ad esempio i calcolatori), le lampade fluorescenti, le saldatrici elettriche, i forni ad arco (responsabili anche del flicker). Come e' noto, la forma d'onda di una grandezza periodica qualsiasi può essere analiticamente rappresentata in serie di Fourier costituita da una sinusoide fondamentale e componenti sinusoidali di diversa ampiezza e di frequenza multipla, dette appunto armoniche.


Deformazione di una forma d'onda sinusoidale: a) componenti armoniche, b) forma d'onda reale.

Le correnti armoniche che circolano in rete provocano cadute di tensione dello stesso ordine di armonicità, con conseguenti distorsioni delle tensioni. Indicando con n l'ordine d'armonica e detta In la corrente n-esima, la variazione DUn dell'armonica di tensione dello stesso ordine in un punto qualsiasi della rete risulta:

DUn = Zcn (fn)In

dove:

- Zcn è l'impedenza della rete vista dal punto considerato alla frequenza dell'armonica n-esima;
- In è il modulo della componente armonica n-esima della corrente.

Ciò significa che l'ampiezza del disturbo provocato in ogni punto dell'impianto (sia utilizzatore che nel punto di consegna) non dipende solo dalle caratteristiche del carico, ma anche da quelle dell'impianto stesso.

Si ricorda a tale proposito come la presenza di trasformatori, od altri elementi di impianto con collegamento a triangolo non permettano la circolazione di armoniche omopolari (di ordine 3 o multiple) e come, ad esempio nel caso di alimentatori statici, l'attuale tendenza all'eliminazione del relativo trasformatore (assieme al ricorso a macchine monofase) peraltro dettato da importanti motivi di costo risulti peggiorativo sotto l'aspetto dell'inquinamento armonico. I principali parametri utili a caratterizzare il disturbo prodotto sono i seguenti:

- tasso individuale di armonica:

Dn = 100 an/a1 (%)

che rappresenta l'ampiezza di ogni singola armonica (an) espressa in percentuale della fondamentale (a1);

- tasso globale di distorsione:

(%)

che e' un'espressione del disturbo globale presente.

Nella tabella seguente sono riportati i contenuti armonici tipici che possono essere attesi in una rete pubblica di bassa tensione (1) e in una rete industriale (2) secondo una stima riportata in (Bibliografia [12]), sulla base dei quali sono stati definiti corrispondenti gradi di disturbo normalizzati.


* = 0,2 + 12,5/n (detto n l'ordine di armonicità)
** = 3,5-1,0 (decrescente con la frequenza)

Si ricorda, infine, anche il fenomeno, assai meno diffuso, delle interarmoniche definite da tensioni o correnti che possono manifestarsi come componenti sinusoidali singole, con frequenze diverse da multipli interi della tensione di rete o come uno spettro esteso di componenti sinusoidali. Tale fenomeno, a differenza del caso delle armoniche, dà luogo ad una distorsione della forma d'onda che si modifica da un periodo al successivo.