Armoniche, fattore K e trasformatori: quando i carichi non lineari richiedono una riduzione della potenza
Gli inverter, i rettificatori, i sistemi UPS e i driver LED iniettano correnti armoniche che riscaldano un trasformatore più di quanto suggerisca la corrente RMS. Come viene calcolato il fattore K, quando un trasformatore standard è sufficiente e quando è necessario ridurre la potenza.
Un trasformatore con potenza nominale di 1 000 kVA è progettato per 1 000 kVA di corrente sinusoidale a 50 Hz. Alimentalo con la stessa corrente RMS a 50 Hz più le armoniche 5ª, 7ª e 11ª e le perdite nel avvolgimenti aumentano notevolmente, perché le perdite per correnti parassite crescono con il quadrato della frequenza. Questa è la ragione dietro il fattore K e la "riduzione armonica" che trovi nelle specifiche dei data center e industriali.
Da dove provengono le armoniche
- Rettificatori a sei impulsi e azionamenti a velocità variabile: armoniche 5ª e 7ª, THDi 30–80 % senza filtri.
- Sistemi UPS e alimentatori per server: 3ª (nel neutro!), 5ª, 7ª.
- Driver per illuminazione LED e fluorescente.
- Inverter PV e batterie: le unità moderne sono ben al di sotto del 5 % di THDi e di solito non sono un problema.
Il fattore K
Il fattore K (UL 1562 / IEEE C57.110) pesa ciascuna corrente armonica con il quadrato del suo ordine:
K = Σ (Ih / I1)² · h² per h = 1, 2, 3, …
Un'onda sinusoidale pura ha K = 1. Un carico con il 20 % di armonica 5ª e il 14 % di armonica 7ª ha K ≈ 1 + 0.04·25 + 0.02·49 ≈ 3. L'equivalente europeo è il "fattore K" in EN 50464-3 / IEC 61378, che porta a un fattore di riduzione piuttosto che a una classe di trasformatore.
| Fattore K | Carico tipico | Capacità standard del trasformatore |
|---|---|---|
| 1 | Motori, riscaldamento, illuminazione a incandescenza | 100 % |
| 4 | Uffici con attrezzature IT, azionamenti misti | ≈ 85–90 % |
| 13 | Data center, carico dominato da UPS, saldatura | ≈ 70–75 % |
| 20 | Impianti rettificatori, grandi sistemi di azionamento | ≈ 60 % |
Tre modi per affrontarlo
- Ridurre la potenza di un'unità standard. Per un carico K-13 da 700 kVA, scegliere un trasformatore da 1 000 kVA. Semplice, e l'unità più grande ha anche una distorsione di tensione legata a uk più bassa. Spesso la soluzione più economica per le valutazioni PNACHO, poiché la dimensione successiva costa meno di un design speciale.
- Specificare un design con fattore K. Avvolgimenti LV trasposti o a lamina, conduttore neutro più grande (per carichi di armonica 3ª fino al 173 % della corrente di fase), raffreddamento rinforzato. Tempi di consegna più lunghi; giustificato per grandi data center.
- Filtrare alla fonte. Filtri armonici attivi o azionamenti a 12 impulsi riducono il THDi al di sotto del 5 %, e il trasformatore vede una corrente quasi sinusoidale. Di solito la soluzione più economica sopra 1 MVA.
Le armoniche aumentano anche leggermente le perdite a vuoto (le armoniche di tensione aumentano le perdite nel nucleo) e il livello di rumore. Se un trasformatore ronzia più forte di quanto suggerisca il suo datasheet, controlla il THD di tensione prima di incolpare il trasformatore.
Per trasformatori PNACHO
Entrambe le serie gestiscono il contenuto armonico dei carichi commerciali e industriali ordinari (K ≤ 4) alla loro potenza nominale. Per carichi dominati da UPS o rettificatori, inviaci lo spettro armonico o il fattore K dallo studio del carico; selezioniamo la potenza con il margine appropriato – ad esempio un PNACHO-D di una dimensione maggiore con il kit di ventilazione AF, che aggiunge una riserva di raffreddamento esattamente dove si verificano le perdite armoniche.
Per approfondire: Transformer K-Factor: The Key to protection against harmonics (energeks.com, EN) · Współczynnik K transformatora: Klucz do ochrony przed harmonicznymi (energeks.pl, PL)
Richiedete un’offerta per il vostro trasformatore PNACHO
Inviateci potenza, tensioni e luogo di installazione – i nostri ingegneri selezionano la configurazione adatta e inviano un’offerta entro 24 ore.