Qual è l'effetto della corrente neutrale su un trasformatore di distribuzione?

Impatto della Corrente Neutrale sui Trasformatori di Distribuzione

La corrente neutrale (Neutral Current) ha diversi impatti significativi sui trasformatori di distribuzione, che possono essere riassunti come segue:

1. Sovraccarico del Conduttore Neutro

• Causa: In un sistema trifase a quattro fili, se i carichi su tre fasi sono sbilanciati o ci sono numerosi carichi monofase (come l'elettricità domestica), il conduttore neutro può portare una corrente sostanziale. Inoltre, le correnti armoniche (soprattutto la terza armonica e i suoi multipli) scorrono attraverso il conduttore neutro, aumentando la corrente neutra.

• Impatto: Il sovraccarico del conduttore neutro può portare a surriscaldamenti, potenzialmente bruciando il conduttore neutro o i suoi punti di connessione. Questo non solo influenza la qualità dell'energia ma può anche rappresentare pericoli di sicurezza, come incendi.

2. Aumento della Temperatura del Trasformatore

• Causa: Quando i carichi trifase sono sbilanciati, la corrente neutrale aumenta, portando a una corrente maggiore al punto neutro del trasformatore. Inoltre, le correnti armoniche aumentano le perdite in rame e in ferro nel trasformatore, causando un aumento della temperatura.

• Impatto: Un aumento eccessivo della temperatura può ridurre la durata del trasformatore, diminuire l'efficienza e attivare dispositivi di protezione termica, causando interruzioni o blackout. Il surriscaldamento a lungo termine può anche danneggiare i materiali isolanti del trasformatore, aumentando il rischio di guasti.

3. Sbilanciamento della Tensione

• Causa: I carichi trifase sbilanciati causano lo spostamento del punto neutro, portando a uno sbilanciamento della tensione tra le tre fasi. In particolare, quando ci sono molti carichi monofase, la tensione in una fase può aumentare mentre le tensioni nelle altre fasi diminuiscono.

• Impatto: Lo sbilanciamento della tensione può influire sul funzionamento normale dei dispositivi connessi al trasformatore, specialmente motori ed equipaggiamento elettronico sensibili ai cambiamenti di tensione. Lo sbilanciamento della tensione può portare a una riduzione dell'efficienza, surriscaldamento, riduzione della durata e persino al danno di questi dispositivi.

4. Inquinamento Armonico

• Causa: Nei sistemi elettrici moderni, i carichi non lineari (come variatori di frequenza, rettificatori e computer) generano correnti armoniche, in particolare la terza armonica e i suoi multipli, che scorrono attraverso il conduttore neutro. Queste correnti armoniche producono ulteriori perdite nel trasformatore e possono causare risonanza armonica, aggravando ulteriormente l'inquinamento armonico.

• Impatto: L'inquinamento armonico può degradare le prestazioni dei trasformatori e di altri dispositivi elettrici, aumentare il consumo energetico e ridurre la durata dei dispositivi. Inoltre, gli armonici possono interferire con i sistemi di comunicazione e i dispositivi di controllo automatico, influendo sulla stabilità e affidabilità del sistema.

5. Spostamento del Punto Neutro

• Causa: Quando i carichi trifase sono gravemente sbilanciati, il potenziale del punto neutro si sposta, causando un aumento della corrente neutrale. Questo è particolarmente comune nei sistemi di distribuzione a bassa tensione con molti carichi monofase.

• Impatto: Lo spostamento del punto neutro può portare ad alcune fasi con tensioni più elevate mentre altre hanno tensioni inferiori, influendo sulla qualità dell'energia. Per i dispositivi che richiedono una tensione stabile, le fluttuazioni di tensione possono causare malfunzionamenti o danni.

6. Riduzione dell'Utilizzo della Capacità del Trasformatore

• Causa: Quando i carichi trifase sono sbilanciati, una fase del trasformatore può diventare sovraccarica mentre le altre fasi hanno carichi leggeri. Questo squilibrio riduce l'utilizzo complessivo della capacità del trasformatore, anche se il carico effettivo non ha raggiunto il valore nominale, ma la corrente in una fase ha superato l'intervallo ammissibile.

• Impatto: La riduzione dell'utilizzo della capacità significa spreco di risorse energetiche e aumento dei costi operativi per le società elettriche. Per gestire carichi sbilanciati, potrebbe essere necessario sostituire il trasformatore con un'unità di maggiore capacità, aumentando l'investimento di capitale.

7. Malfunzionamento della Protezione Relè

• Causa: Una corrente neutrale eccessiva o correnti armoniche possono attivare i dispositivi di protezione relè del trasformatore, causando interruzioni o malfunzionamenti inutili. Nei sistemi di distribuzione a bassa tensione, una corrente neutrale eccessiva può anche attivare i dispositivi differenziali residui (RCD).

• Impatto: I malfunzionamenti della protezione relè possono causare interruzioni di energia inutili, influendo sull'uso normale dell'elettricità. Nella produzione industriale o in strutture critiche, le interruzioni di energia possono causare perdite economiche o problemi di sicurezza.

Soluzioni

Per mitigare l'impatto della corrente neutrale sui trasformatori di distribuzione, possono essere adottate le seguenti misure:

• Ottimizzare la Distribuzione del Carico: Mantenere carichi trifase bilanciati il più possibile e evitare la concentrazione di carichi monofase.

• Installare Filtro Armonici: Per i sistemi con un gran numero di carichi non lineari, installare filtri armonici per ridurre l'impatto delle correnti armoniche sul trasformatore.

• Rafforzare la Progettazione del Conduttore Neutro: Assicurarsi che il conduttore neutro abbia una sezione sufficientemente grande per gestire la massima corrente neutrale possibile, prevenendo il sovraccarico.

• Usare Dispositivi di Compensazione dello Sbilanciamento Trifase: Installare dispositivi di compensazione dello sbilanciamento trifase per bilanciare i carichi e ridurre la corrente neutrale.

• Manutenzione e Monitoraggio Regolari: Ispezionare regolarmente le condizioni operative del trasformatore, monitorare la corrente neutrale e la temperatura, e affrontare tempestivamente eventuali problemi.

Riepilogo

La corrente neutrale ha impatti multifacetati sui trasformatori di distribuzione, inclusi il sovraccarico del conduttore neutro, l'aumento della temperatura, lo sbilanciamento della tensione, l'inquinamento armonico, lo spostamento del punto neutro, la riduzione dell'utilizzo della capacità e i malfunzionamenti della protezione relè. Per garantire l'operatività sicura e affidabile dei trasformatori, devono essere adottate misure efficaci per gestire e controllare la corrente neutrale, ottimizzare la distribuzione del carico, ridurre l'inquinamento armonico e migliorare la manutenzione e il monitoraggio del sistema.