Disturbi di rete, questi sconosciuti (o conosciuti, vedi normative).
La parola disturbo sta a significare, ovviamente, un qualcosa che non va come dovrebbe. Nonostante le innumerevoli classificazioni, ci sono praticamente solo due tipi di disturbi di rete: quelli persistenti e quelli occasionali. I primi, trattandosi di fenomeni ripetitivi, possono essere affrontati con la normale strumentazione di misura (multimetro a pinza con misure di vero valore efficace ed oscilloscopio con ingressi differenziali). Per i secondi è consigliabile avere degli strumenti dedicati: gli analizzatori di disturbi di rete. Tralasciamo tutta la teoria sui disturbi di rete, classificati secondo le normative americana IEEE 1159 ed europea EN50160, per affrontare invece una problematica più concreta: come si fa a stabilire se il malfunzionamento di un’apparecchiatura elettrica dipende dai disturbi di rete? 

Quando i problemi dell’apparecchiatura dipendono dai disturbi di rete
Sono solitamente tre le cause di errato funzionamento di un’apparecchiatura elettrica: hardware, software ed ambiente elettrico. Per evitare inutili perdite di tempo è molto importante individuare quale problematica va prioritariamente affrontata e risolta. Difficilmente ci si trova ad avere più problemi contemporaneamente. Quelli legati al software sono normalmente riscontrabili sulle nuove installazioni. Solitamente si hanno i medesimi problemi sulle stesse apparecchiature presso siti di lavoro diversi. E’ ragionevole supporre che non vi siano errori software su macchine che stanno funzionando da diverso tempo e che improvvisamente, senza nessun intervento di aggiornamento, iniziano a dare problemi. Escludiamo naturalmente gli eventuali problemi che si verificheranno a causa del cambiamento di data dal 99 al 00. Non bisogna sottovalutare tale problematica e sarà utile informarsi presso il fornitore circa la compatibilità Y2K dell’apparecchiatura stessa. I problemi legati all’hardware si manifestano solitamente con errori diagnosticati dalla macchina stessa o con l’impossibilità di effettuare correttamente alcune o tutte le operazioni. In questo caso, un buon tecnico di assistenza capisce immediatamente che cambiando la tal scheda o componente è possibile risolvere il problema. Occupiamoci ora dell’ambiente elettrico, dopo aver attentamente valutato che non vi sia altra via da seguire.

L’ambiente elettrico quale causa dei problemi
L’ambiente elettrico è costituito principalmente da segnali condotti o irradiati. Le norme CE hanno affrontato molto più dettagliatamente la parte irradiata rispetto a quella condotta. Questo sta a significare che un’apparecchiatura marchiata CE non dovrebbe risentire dei segnali che la irradiano mentre è molto più probabile che non sia completamente immune ai disturbi di rete. In pratica, nell’ambiente elettrico va affrontata prima la problematica dei disturbi condotti e per ultima, ma solamente se necessario, quella relativa ai segnali irradiati. Ovviamente, se si verificassero errori di funzionamento durante l’utilizzo di un telefono cellulare o di una ricetrasmittente nei pressi dell’apparecchiatura, sarà bene occuparsi immediatamente dei disturbi irradiati. Tornando ai disturbi condotti, quelli che si propagano sui fili dell’impianto elettrico, possiamo dividerli in due categorie: quelli ripetitivi e quelli occasionali.

Come individuare i disturbi ripetitivi
Misurando il vero valore efficace con un multimetro a pinza e visualizzando con un oscilloscopio ad ingressi differenziali le forme d’onda relative alle tre fasi che alimentano l’apparecchiatura, è possibile sapere se le tensioni applicate sul carico e le relative correnti circolanti sono diverse da quelle previste, se la forma d’onda delle tensioni e delle correnti è molto distorta e se lo sfasamento è corretto. Abbiamo indicato il multimetro e l’oscilloscopio quali comuni strumenti normalmente in dotazione. Nel caso si debbano reperire sul mercato nuovi strumenti è conveniente indirizzarsi, per motivi di costo / prestazioni, verso quelli di nuova generazione denominati Analizzatori di qualità della rete elettrica. Se la distorsione armonica di tensione THD supera il 10%, per lunghi periodi di tempo (con l’oscilloscopio non è possibile misurare il THD, però visualizzando la forma d’onda ci si rende immediatamente conto del grado di distorsione/deformazione), le varie componenti del carico verranno sicuramente stressate dalla circolazione di correnti armoniche durante tali periodi. Solitamente sono i carichi che, facendo circolare una corrente distorta, riescono anche a deformare la tensione che li alimenta. In casi più rari, la distorsione di tensione fa parte della fornitura di energia elettrica. Se la distorsione armonica di tensione si manifesta per brevi periodi, il carico verrà solamente disturbato. In pratica, bisogna affrontare le problematiche relative alle armoniche solamente se queste si manifestano per lunghi periodi, capaci quindi di creare i problemi classici delle armoniche, quali il riscaldamento dei conduttori e lo stress dei trasformatori. Negli altri casi, dove la distorsione armonica si manifesta per brevi periodi, si affronteranno le problematiche relative ai disturbi occasionali.

Come individuare i disturbi occasionali
Siamo arrivati al vero nocciolo del problema: l’apparecchiatura elettrica che saltuariamente manifesta dei problemi di funzionamento. In questo caso è necessario affrontare l’analisi della qualità della rete con strumentazione adeguata. Esistono sul mercato due categorie fondamentali di Analizzatori di qualità della rete elettrica (Power Quality Analyzers): quelli per la verifica della qualità della tensione fornita (EN-50160 - comprendente armoniche e Flicker) e quelli per la ricerca guasti. Con i primi non sarà possibile risolvere i problemi dovuti ai disturbi occasionali, trattandosi praticamente di strumenti statistici. La EN-50160 impegna il distributore di energia elettrica a fornire una qualità della tensione, specificata dalla norma stessa, per periodi di tempo definiti. (In pratica, non più di tanti buchi o disturbi al mese). Inoltre, tale norma viene applicata solamente presso il punto di consegna. Il disturbo di rete occasionale, che statisticamente viene considerato accettabile dalla norma EN-50160, perché non esiste una fornitura "zero disturbi", potrebbe essere quello che ha creato i problemi di funzionamento lamentati dall’apparecchiatura. Per affrontare nel modo più professionale la problematica di individuazione dei disturbi occasionali è necessario utilizzare degli analizzatori di qualità della rete elettrica che prevedono le seguenti possibilità: monitoraggio di lungo periodo con cattura automatica delle forme d’onda di tensione e di corrente nei periodi disturbati. Non entriamo nel merito della scelta dello strumento più adatto, dobbiamo però dire che quello da usare per tali monitoraggi deve essere in grado di "fotografare" automaticamente la rete nell’istante in cui si verifica il disturbo, naturalmente ventiquattrore al giorno per i giorni o i mesi di monitoraggio. Per essere certi che il disturbo di rete occasionale sia stato la causa del malfunzionamento dell’apparecchiatura bisognerà necessariamente conoscere la data e l’orario del malfunzionamento, (solitamente rilevabile dai diagnostici dell’apparecchiatura oppure approssimativamente indicata dagli operatori di macchina), per confrontarla con le forme d’onda di tensione e di corrente catturate dallo strumento di monitoraggio in quel preciso istante. Se, in presenza di un’anomalia di funzionamento dell’apparecchiatura, saremo in grado di stabilire che in quel preciso istante ci sono stati problemi sulla rete di alimentazione, avremo la quasi certezza che il problema dipende dal disturbo di rete. Viceversa, potremo escludere la rete di alimentazione quale causa del problema. Durante i monitoraggi di lungo periodo con analizzatori dedicati è possibile catturare molti disturbi di rete, specialmente se gli strumenti usati non sono dotati di soglie "intelligenti". La quantità di disturbi catturati non sempre sta a significare una buona o cattiva qualità della rete di alimentazione. Lo scopo del monitoraggio per l’individuazione di disturbi occasionali è quello di catturare quel singolo evento o quella sequenza di eventi che hanno creato problemi all’apparecchiatura. Il migliore analizzatore di disturbi di rete sarà quello capace di catturare l’evento incriminato, tralasciando altre inutili registrazioni. Ultimo, ma per questo non meno importante, dove installare l’analizzatore di disturbi di rete. E’ buona norma monitorare la rete di alimentazione nel punto più vicino possibile all’apparecchiatura stessa. Solamente dopo aver identificato i vari disturbi potrebbe essere necessario spostare l’analizzatore in altri punti dell’impianto elettrico per l’individuazione delle cause. 

Cosa fare dopo aver individuato un disturbo occasionale
Dopo aver verificato che i problemi manifestati dall’apparecchiatura dipendono dai disturbi di rete, dobbiamo assolutamente capire se il disturbo è stato generato dalla sorgente (fornitore di energia elettrica o carichi a monte rispetto a quello monitorato), oppure dal carico a valle del punto di monitoraggio. Non date per scontato che la presenza di un disturbo di rete dipenda dal fornitore di energia elettrica. L’esperienza insegna che la maggior parte delle volte i problemi risiedono a valle del punto di consegna. Se l’analizzatore di qualità della rete che abbiamo utilizzato ha catturato contemporaneamente le forme d’onda della tensione e della corrente, visualizzandole possiamo capire da dove proviene il disturbo. Se in corrispondenza di uno spunto di corrente sul carico (di breve durata, millisecondi) vediamo un abbassamento di pari durata della tensione, possiamo pensare che il disturbo sia stato generato dal carico. Viceversa, si dovrà investigare sulla sorgente. Nel primo caso dovremo individuare lo specifico componente del carico che ha creato il problema e capire cosa fare per risolverlo. Potrebbe anche essere la parte di potenza dell’apparecchiatura che disturba la sua elettronica di controllo. Prevedendo una netta separazione fra le due alimentazioni, sarà molto più semplice e meno oneroso proteggere l’elettronica di controllo a bassa potenza. Anche nel caso di disturbi provenienti dalla sorgente si dovrà valutare se proteggere solamente l’elettronica o tutta l’apparecchiatura, a seconda delle potenze in gioco. Potrebbero anche verificarsi delle distorsioni armoniche di tensione di breve periodo, rilevate dallo strumento, con conseguente temporanea deformazione della forma d’onda, capaci di far variare di poco il passaggio per lo zero della sinusoide. Molte apparecchiature utilizzano i segnali di passaggio per lo zero della sinusoide quale riferimento di sincronismo per determinate lavorazioni. L’eventuale variazione di passaggio per lo zero potrebbe essere la causa del problema. In questo caso si dovrà garantire una sorgente assolutamente sinusoidale a questi circuiti tramite UPS dedicati di piccola potenza. Altre possibili cause si dovranno ricercare nell’impianto elettrico, con monitoraggio della tensione Neutro/terra e della corrente di neutro se disponibili, o delle correnti di fuga. Per quanto riguarda problemi e soluzioni è utile consultare la memoria " Casi pratici di problemi dovuti ai disturbi di rete", presentata al convegno AEI "La qualità del prodotto elettricità - interfacciamento distributore utente" - Verona - 25 - 26 Novembre 1993.

Conclusione
La problematica dei disturbi di rete sarà sempre più presente nelle applicazioni di automazione della produzione negli stabilimenti. L’elettronica sta completamente sostituendo l’elettromeccanica. Gli impianti elettrici, a suo tempo progettati per carichi prevalentemente lineari (motori e lampade), saranno sempre meno in grado di supportare adeguatamente le esigenze dell’elettronica (dispositivi a parzializzazione d’onda). Le problematiche che negli anni 85 - 95 hanno prevalentemente interessato i costruttori di computers, si sono trasferite ai costruttori di apparecchiature di controllo, con potenze in gioco completamente diverse (da qualche KW a centinaia di KW). Non abbiamo volutamente affrontato la problematica relativa alle apparecchiature quali generatori di disturbi, consigliando semplicemente una separazione delle alimentazioni fra elettronica e potenza, al fine di poter intervenire, se necessario, sulla meno onerosa protezione dell’elettronica. Scopo della presente guida è stato quello di fornire alcuni consigli pratici per affrontare la problematica dei disturbi di rete in modo semplice e possibilmente comprensibile, anche da parte di chi si trovi, suo malgrado, costretto ad occuparsene per la prima volta.