Saturazione del nucleo da componente DC in ATEX Zona 1 e DGA

Fenomenologia Elettromagnetica dell'Iniezione della Componente Continua

Nelle installazioni industriali del settore chimico classificate come ATEX Zona 1, l'uso massiccio di convertitori statici di potenza — quali raddrizzatori Active Front End (AFE, Active Front End), azionamenti a frequenza variabile (VFD) e sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) — ha introdotto un fenomeno critico di degrado elettromagnetico: l'iniezione incontrollata di componente continua (DC offset) nel sistema di distribuzione in corrente alternata. Questa iniezione di corrente continua, anche quando le sue grandezze si limitano a frazioni dello 0,5% - 1% della corrente nominale del trasformatore, altera radicalmente il regime di magnetizzazione del nucleo dei trasformatori di potenza e di isolamento.

La causa radice di questo fenomeno risiede nelle asimmetrie intrinseche di commutazione dei semiconduttori di potenza (IGBT/IGCT), nelle derive termiche dei sensori di corrente ad effetto Hall negli anelli di controllo degli inverter, nella distorsione da tempo morto (dead-time distortion) durante l'innesco dei rami del ponte e nello squilibrio delle tensioni sul bus in C.C. intermedio. Dal punto di vista elettromagnetico, la resistenza in corrente continua del avvolgimento primario del trasformatore ($Rdc$) presenta un valore estremamente ridotto. Pertanto, una tensione continua residua minima ($Vdc$) produce una corrente continua significativa $Idc = Vdc / Rdc$, la quale fluisce attraverso l'avvolgimento e genera un flusso magnetico continuo monodirezionale ($\Phi_{dc}$).

Il flusso magnetico totale nel nucleo del trasformatore risulta determinato dalla sovrapposizione del flusso alternato alla frequenza fondamentale ($\Phi_{ac}$) e del flusso continuo di offset ($\Phi_{dc}$):

dove $N$ rappresenta il numero di spire dell'avvolgimento, $\omega$ è la frequenza fondamentale angolare ($2\pi f$), e $\mathcal{R}_{m}$ è la riluttanza magnetica equivalente del circuito del nucleo, espressa da:

Poiché la permeabilità magnetica relativa dell'acciaio al silicio a grani orientati (CRGO) $\mu_r(B)$ è fortemente non lineare e dipendente dalla densità di flusso istantanea $B(t)$, la presenza di $Bdc = \Phi_{dc} / Aeff$ sposta il punto di lavoro medio sul ciclo d'isteresi $B-H$. Questo spostamento sbilancia la curva verso la regione di saturazione magnetica profonda durante un semiciclo dell'onda sinusoidale, mentre il semiciclo opposto rimane nella regione lineare.

La conseguenza diretta di questa saturazione asimmetrica è la severa deformazione della corrente di magnetizzazione ($imag(t)$). Il comportamento della densità di flusso e la risultante corrente magnetizzante sono descritti matematicamente tramite la serie di Fourier di un'onda fortemente distorta con perdita di simmetria di mezza onda:

A differenza della saturazione simmetrica (che genera unicamente armoniche dispari di ordine $3^\circ, 5^\circ, 7^\circ, \dots$), la saturazione da offset in C.C. induce la comparsa di una densa famiglia di armoniche pari ($2^\circ, 4^\circ, 6^\circ, \dots$) unitamente a un incremento esponenziale del valore di picco della corrente di magnetizzazione ($Ipeak$). In condizioni di saturazione severa, la grandezza della corrente di magnetizzazione può moltiplicarsi per un fattore da 10 a 50 rispetto al suo valore nominale a vuoto, assumendo la forma di impulsi stretti e ad alta ampiezza in ciascun periodo della tensione di rete.

Questo flusso disperso e fortemente distorto invalida i modelli lineari di progettazione magnetica, provocando un accoppiamento induttivo parassita con le strutture metalliche circostanti, i tiranti del nucleo, i pressori degli avvolgimenti e la cassa del trasformatore.

Impatto Termico e Meccanico in Ambienti ATEX Zona 1 e Installazioni IEC 61439-1/2

Nel contesto rigido di un impianto chimico con classificazione di rischio di esplosione ATEX Zona 1 (secondo le direttive IEC 60079-0 ed IEC 60079-14), le apparecchiature elettriche non solo devono operare entro i propri limiti nominali di prestazione, ma devono garantire sotto qualsiasi condizione di guasto di servizio che la temperatura delle loro superfici esterne non raggiunga mai la temperatura di autoaccensione della miscela di gas, vapore o nebbia presente nell'ambiente (classi di temperatura da T1 a T6).

La saturazione in C.C. dei trasformatori e delle reattanze alloggiati o collegati alla Zona 1 altera i parametri di progettazione termica definiti dalle norme per le apparecchiature assiemate di protezione e manovra di bassa tensione IEC 61439-1 e 61439-2. La saturazione del nucleo invalida l'assunzione che il flusso magnetico rimanga confinato all'interno dei lamierini in acciaio magnetico. Al raggiungimento della densità di flusso di saturazione del materiale ($Bsat \approx 1.7 - 2.0 T$ nei lamierini CRGO), la permeabilità del nucleo crolla drasticamente verso valori prossimi alla permeabilità dell'aria ($\mu_r \to 1$). Ciò devia una frazione critica del flusso magnetico verso i percorsi di dispersione esterni (stray flux).

Questo flusso magnetico di dispersione incide in modo perpendicolare sugli elementi strutturali non laminati del trasformatore e sugli involucri del quadro elettrico (porte, profili di supporto in lamiera d'acciaio, schermature dei condotti sbarre secondo IEC 61439-2). In conformità con la legge di Faraday-Lenz e le equazioni di diffusione del campo elettromagnetico, il flusso disperso variabile induce correnti parassite di Foucault (eddy currents) massive nella parete della cassa e nelle strutture di supporto del quadro:

dove $\sigma$ è la conducibilità elettrica dell'acciaio strutturale e $\vec{A}_{stray}$ è il potenziale vettore magnetico del flusso di dispersione. Queste perdite per correnti di Foucault si concentrano in volumi metallici molto ridotti, generando "punti caldi" o hotspot localizzati. In un ambiente ATEX Zona 1 con requisito stringente di Classe di Temperatura T4 (temperatura massima di superficie consentita $Tmax \le 135^\circ C$), la generazione di un hotspot localizzato sulla parete esterna del trasformatore o sull'involucro dell'assieme IEC 61439 a causa della dispersione da saturazione può facilmente superare i $160^\circ C - 200^\circ C$ in pochi minuti di funzionamento incontrollato in C.C., compromettendo immediatamente il modo di protezione Ex (es. Ex "d", Ex "eb" o Ex "p").

Inoltre, secondo la norma IEC 61439-1/2 (Clausola 10.10 relativa alla Verifica della Sovratemperatura), il dimensionamento delle sbarre collettrici e la capacità di dissipazione dell'assieme vengono calcolati sulla base di perdite Joule lineari e perdite armoniche standard. La saturazione da C.C. induce un duplice impatto termico-meccanico:

• Derating Termico Estremo degli Involucri: Le perdite totali nel ferro del trasformatore aumentano secondo una funzione quadratica delle componenti armoniche ad alta frequenza indotte nel flusso ($PFe = Physt \cdot \frac{f}{50} + Peddy \cdot \left(\frac{f}{50}\right)^2$). Il volume d'aria interno all'armadio supererà i limiti di temperatura operativa ambiente interna ($35^\circ C$ di media nelle 24h), provocando il decadimento dielettrico precoce degli isolatori di supporto delle sbarre (poliammidi, resine epossidiche).
• Sollecitazioni Meccaniche Magnetostrittive: Il regime magnetico asimmetrico genera forze elettromagnetiche e forze di riluttanza di grande intensità che variano alla frequenza fondamentale e a frequenze armoniche pari ($100 Hz , 200 Hz$). La distorsione da magnetostrizione ($\lambda = \Delta L / L$) cessa di essere simmetrica e produce accelerazioni vibrazionali intense nei pressori del nucleo e negli involucri metallici:
  $$Fmag(t) = \frac{B(t)^2 \cdot Aeff}{2 \mu_0} = \frac{\left(Bac\sin(\omega t) + Bdc\right)^2 Aeff}{2 \mu_0}$$
  Il termine incrociato $\frac{Bac Bdc \sin(\omega t) Aeff}{\mu_0}$ introduce una forza oscillatoria primaria alla frequenza fondamentale di $50 Hz$ (anziché la pulsazione normale a $100 Hz$), innescando risonanze meccaniche nelle strutture del quadro secondo IEC 61439, allentamento delle unioni bullonate e degrado meccanico nelle guarnizioni di tenuta ATEX (giunti elastomerici Ex "d" o Ex "t").

Diagnosi del Degrado Dielettrico mediante Analisi dei Gas Disciolti (DGA) e Triangolo di Duval

Il surriscaldamento localizzato e il severo stress elettrico derivanti dalla saturazione del nucleo in C.C. causano il degrado termico e fotochimico dei dielettrici liquidi (oli minerali o esteri sintetici/naturali) e solidi (carta Kraft, cartoncino pressato Pressboard) impiegati nell'isolamento del trasformatore. La decomposizione delle catene idrocarburiche del fluido isolante rilascia gas combustibili che si disciolgono nella matrice liquida. L'Analisi dei Gas Disciolti (DGA, Dissolved Gas Analysis), standardizzata dalle norme IEC 60599 ed IEEE C57.104, costituisce lo strumento forense primario per l'individuazione di tali anomalie.

I meccanismi termici provocati dal flusso disperso in saturazione da C.C. producono modelli di decomposizione dei gas altamente caratteristici. Le temperature dell'hotspot determinano la rottura di specifici legami chimici:

• Basse temperature ($T < 300^\circ C$): Rottura dei legami C-C deboli, con rilascio prevalente di Etano ($C _2 H _6$) e Metano ($CH _4$).
• Medie temperature ($300^\circ C < T < 700^\circ C$): Rottura dei legami C-H e C=C, determinando la dominanza dell'Etilene ($C _2 H _4$).
• Alte temperature ($T > 700^\circ C$) o archi per guasti dell'isolamento secondario: Generazione massiva di Etilene ($C _2 H _4$) e comparsa di Acetilene ($C _2 H _2$).

Per diagnosticare inequivocabilmente il degrado indotto dalla saturazione da offset di C.C., si applica la metodologia del Triangolo 1 di Duval, basata sulle proporzioni relative di tre gas idrocarburici chiave: Metano ($CH _4$), Etilene ($C _2 H _4$) e Acetilene ($C _2 H _2$). Le coordinate all'interno del triangolo vengono calcolate in percentuale a partire dalle concentrazioni in ppm tramite le seguenti espressioni:

L'interpretazione del degrado causato dalla saturazione in C.C. attraverso il Triangolo 1 di Duval comprende le seguenti zone termiche:

• Zona T1 (Guasto Termico $T < 300^\circ C$): Caratterizzata da un'elevata concentrazione di $CH _4$ e $C _2 H _6$. Si verifica nelle fasi iniziali dell'iniezione di C.C., in cui il flusso magnetico disperso induce un lieve riscaldamento nelle staffe del nucleo e sulle pareti della cassa.
• Zona T2 (Guasto Termico $300^\circ C < T < 700^\circ C$): Corrisponde al punto di lavoro critico di saturazione permanente in C.C. Le concentrazioni di Etilene ($C _2 H _4$) aumentano vertiginosamente, posizionando le coordinate nella regione centro-destra del triangolo. Ciò conferma la presenza di hotspot in componenti strutturali d'acciaio o nelle zone adiacenti agli avvolgimenti.
• Zona T3 (Guasto Termico $T > 700^\circ C$): Si verifica quando la saturazione in C.C. induce un surriscaldamento massivo nelle connessioni interne o distrugge le piastre di isolamento termico dei tiranti di serraggio, raggiungendo temperature estreme in presenza di concentrazioni di $C _2 H _4 > 50\%$.

Per affinare la caratterizzazione dei guasti termici a bassa e media temperatura prodotti dai flussi parassiti rispetto ai guasti nella carta isolante, si utilizzano in modo complementare il Triangolo 4 ed il Triangolo 5 di Duval (specifici per guasti termici a bassa temperatura e per trasformatori in esercizio con fluidi non minerali):

Un incremento sostenuto del Monossido di Carbonio ($CO$) e del Biossido di Carbonio ($CO _2$), unitamente a un rapporto $CO _2 / CO < 3$, conferma inequivocabilmente che l'hotspot provocato dal flusso disperso da saturazione ha raggiunto la cellulosa isolante (carta Kraft), degradandone irreparabilmente la struttura polimerica.

Analisi Forense dei Guasti nei Componenti di Potenza

L'ininterrotta iniezione della componente continua attraverso convertitori dell'elettronica di potenza innesca un processo di degrado a catena sugli asset del sistema elettrico. Di seguito si presenta l'analisi forense dettagliata per componente:

Trasformatori di Potenza e di Isolamento

Il primo modo di guasto è la decomposizione pirolitica della cellulosa isolante. La carta Kraft è composta da catene di glucosio il cui parametro indicatore di vita utile è il Grado di Polimerizzazione (DP). Un isolamento cellulosico nuovo possiede un $DP \approx 1000 - 1200$. Sotto l'impatto degli hotspot termici indotti dal flusso disperso ($T > 140^\circ C$), la velocità di rottura delle catene di cellulosa subisce un'accelerazione esponenziale secondo l'equazione di Arrhenius:

Quando il $DP$ scende al di sotto di 200, la resistenza meccanica della carta si riduce al 20% del suo valore originale, diventando fragile. Di fronte a qualsiasi successivo sforzo elettrodinamico (come una corrente di corto circuito passante), le spire dell'avvolgimento subiscono un cedimento meccanico e un corto circuito tra le spire (turn-to-turn fault).

Il secondo modo di guasto nei trasformatori è il rumore acustico anomalo e la risonanza strutturale. L'iniezione di C.C. rompe la simmetria del ciclo d'isteresi, generando onde di vibrazione alla frequenza fondamentale ($50 Hz$) che si sovrappongono alle componenti armoniche. Ciò provoca uno stress continuo sulle saldature della cassa e il guasto per fatica nelle tubazioni del sistema di raffreddamento (radiatori e pompe dell'olio).

Cavi e Condutture Elettriche (IEC 60287 / NEC 310)

I cavi di media e bassa tensione che collegano gli inverter AFE ai trasformatori sperimentano un regime termico severamente alterato. La corrente non sinusoidale e fortemente asimmetrica, ricca di armoniche pari di basso ordine (in particolare la $2^\circ$ e la $4^\circ$ armonica), induce un incremento drastico della resistenza effettiva in C.A. del conduttore ($Rac$), a causa dell'effetto pelle (skin effect) e dell'effetto di prossimità (proximity effect):

dove $y_s$ e $y_p$ sono rispettivamente i fattori dell'effetto pelle e dell'effetto di prossimità, i quali variano proporzionalmente al quadrato della frequenza delle componenti armoniche causate dalla saturazione ($y_s \propto f^2$). Questo si traduce in un aumento severo della temperatura interna dei conduttori, accelerando l'invecchiamento termico dell'isolante in XLPE o EPR al di sopra della sua temperatura massima ammissibile in servizio continuo ($90^\circ C$), favorendo il fenomeno delle alberature d'acqua (water treeing) e scariche parziali distruttive negli impianti sotterranei dell'industria chimica.

Apparecchiature di Manovra e Relè di Protezione

La presenza della componente continua e la saturazione nei trasformatori alterano il funzionamento dei sistemi di protezione (IEC 60255):

• Saturazione dei Trasformatori di Misura e Protezione (TA/CT): La corrente primaria fortemente distorta e con offset in C.C. si trasferisce al secondario dei trasformatori di corrente. Il nucleo dello stesso TA si satura rapidamente, provocando una severa deformazione del segnale secondario inviato ai relè di protezione. Ciò causa accecamento (underreaching) o scatto intempestivo (overreaching) nei relè di sovracorrente (50/51) e nei relè di protezione differenziale del trasformatore (87T).
• Interruzione dell'Arco negli Interruttori Automatici (IEC 60947-2 / IEC 62271-100): La distorsione dell'onda di corrente può spostare i punti di passaggio per lo zero (zero-crossing) della corrente alternata, oppure ometterli per diversi cicli nel caso di guasti combinati con transitori in C.C. Gli interruttori automatici dipendono dal passaggio naturale per lo zero per estinguere l'arco elettrico nelle camere di soffio. L'assenza o la distorsione del passaggio per lo zero prolunga il tempo d'arco, distruggendo i contatti di potenza in argento-cadmio/tungsteno e inducendo l'esplosione catastrofica della camera di estinzione in atmosfere ATEX.

Matrice Comparativa dei Parametri Elettromagnetici, Normativi e Diagnostici

Parametro Elettromagnetico / Termico	Funzionamento Nominale Normale (Senza Offset C.C.)	Saturazione Severa da C.C. (Offset > 0,5% $I_n$)	Limite Secondo Norma (IEC / IEEE / ATEX)	Conseguenza DGA e Diagnosi Forense
Densità di Flusso Magnetico ($Bpeak$)	$1.50 - 1.68 T$ (Regione lineare dell'acciaio CRGO)	$1.90 - 2.15 T$ (Saturazione profonda in un semiciclo)	$Bmax < 1.75 T$ (Criterio di progettazione del costruttore)	Induce perdite anomale nel ferro; innesco del degrado da hotspot localizzati.
Corrente di Magnetizzazione ($Imag$)	$< 1\% - 2\%$ di $I_n$ (Forma d'onda quasi-sinusoidale)	$10\% - 50\%$ di $I_n$ (Impulsi periodici ad elevata ampiezza)	IEEE Std C57.110 / IEC 60076-1	Generazione accelerata di gas $H _2$ e $CH _4$ da scariche parziali superficiali e surriscaldamento.
Temperatura Esterna della Cassa / Involucro	$55^\circ C - 70^\circ C$ (Sovratemperatura media rispetto all'ambiente)	$> 140^\circ C - 180^\circ C$ (Nelle zone a flusso disperso concentrato)	IEC 60079-0 (ATEX T4: $Tmax \le 135^\circ C$) / IEC 61439-1 (Clausola 10.10)	Rischio imminente di innesco ATEX. Diagnosi DGA: Zona T2 o T3 nel Triangolo di Duval ($C _2 H _4$ dominante).
Contenuto Armonico nella Corrente	THD$_i < 3\%$, dominanza di armoniche dispari ($3^\circ, 5^\circ$)	THD$_i > 25\%$, presenza massiva di armoniche pari ($2^\circ, 4^\circ, 6^\circ$) e C.C.	IEEE 519 / IEC 61000-3-6 (Limite di iniezione C.C. $< 0.5\%$ $I_n$)	Perdite severe nei fluidi isolanti; accelerazione della pirolisi nella carta isolante.
Livello di Rumore Acustico e Vibrazioni	$55 - 65 dBA$ (Vibrazione dominante a $100 Hz$)	$> 85 - 95 dBA$ (Comparsa di una severa componente a $50 Hz$ e dispari)	IEC 60076-10 (Limiti di pressione acustica)	Cedimento meccanico per fatica nei pressori, perdite nelle guarnizioni di tenuta ATEX e connettori.
Grado di Polimerizzazione della Carta (DP)	$1000 - 1200 (Stato nuovo)$	Crollo a $< 200 (Fine della vita utile dell'isolamento)$	IEC 60450 / IEEE C57.100	Generazione massiva di $CO$ e $CO _2$, rapporto $CO _2/ CO < 3$, presenza di furani (2-FAL).

Strategie di Mitigazione e Criteri di Progettazione Anti-Saturazione

La risoluzione del rischio termico ATEX e la prevenzione dei guasti dielettrici nelle installazioni alimentate da convertitori richiedono una combinazione di tecniche di mitigazione attive, modifiche hardware passive e un rigoroso dimensionamento conforme alle specifiche degli involucri IEC 61439-1/2.

Mitigazione Attiva tramite Controllo dell'Inverter

Le architetture avanzate di controllo degli inverter devono integrare anelli di eliminazione dell'offset di C.C. mediante il monitoraggio ad alta precisione del flusso nel trasformatore o il campionamento diretto della corrente di uscita. Si impiegano sensori di corrente di tipo Fluxgate a ciclo chiuso (con deriva dello zero $< 1 ppm/K$) accoppiati a un algoritmo di compensazione del valore medio nel processore di segnale digitale (DSP):

Questo segnale di correzione viene sottratto direttamente dal modulo di modulazione a larghezza di impulso (PWM), regolando simmetricamente il tempo morto di commutazione dei transistor superiore e inferiore di ciascun ramo dell'inverter per annullare la tensione equivalente in corrente continua $Vdc \to 0$.

Mitigazione Passiva e Progettazione Magnetica

Qualora l'inversione attiva non possa essere garantita al 100% in condizioni di guasto dell'inverter, devono essere implementate soluzioni a livello di hardware passivo:

• Inserimento di Traferri Strategici (Core Gapping): L'introduzione di un piccolo traferro distribuito ($\delta$) nel circuito magnetico del trasformatore aumenta sostanzialmente la riluttanza del nucleo alla componente continua, attenuando drasticamente il flusso di offset $\Phi_{dc}$. La riluttanza modificata è data da:
  $$\mathcal{R}_{m, modified} = \frac{leff}{\mu_0 \mu_r Aeff} + \frac{\delta}{\mu_0 Aeff}$$
  Sebbene ciò incrementi lievemente la corrente di magnetizzazione reattiva fondamentale a vuoto, sposta il ginocchio di saturazione sulla curva $B-H$, proteggendo il trasformatore da scostamenti consistenti di C.C.
• Trasformatori di Isolamento con Avvolgimenti a Zig-Zag (Zn): La topologia di avvolgimento a Zig-Zag crea un eliminatore naturale della componente continua e delle armoniche omopolari (triplens) sul lato secondario. I flussi creati dalla corrente continua in due metà opposte delle colonne dell'avvolgimento si oppongono magneticamente, ottenendo una cancellazione netta della forza magnetomotrice in C.C. ($FMM_{dc} = N Idc - N Idc = 0$).
• Filtri di Blocco C.C. (DC Blocking Capacitors): Collegamento in serie di batterie di condensatori non polarizzati nel centro stella (neutro) del trasformatore o nelle fasi di accoppiamento in bassa tensione. I condensatori offrono un'impedenza infinita alla C.C. ($Zdc = \infty$), bloccando completamente il passaggio di qualsiasi componente in corrente continua proveniente dall'inverter.

Progettazione degli Involucri e Assemblaggi in ATEX Zona 1 (IEC 61439 / IEC 60079)

Nella progettazione di quadri elettrici di distribuzione e di interfaccia di potenza secondo la norma IEC 61439-1/2 per applicazioni ATEX Zona 1, devono essere applicate le seguenti regole ingegneristiche stringenti per prevenire il surriscaldamento da flusso disperso:

• Piastre Passacavi Amagnetiche: L'ingresso di cavi unipolari di grande sezione attraverso l'involucro Ex "d" o Ex "e" del quadro deve avvenire esclusivamente tramite piastre passacavi realizzate in materiali amagnetici (acciaio inossidabile austenitico AISI 316L, alluminio o ottone). Questo evita la chiusura del circuito magnetico del flusso disperso attorno al conduttore, eliminando il surriscaldamento per correnti di Foucault nella carpenteria dell'armadio.
• Monitoraggio Termico tramite Fibra Ottica Distribuita (DTS): Per evitare che la temperatura superficiale dell'involucro in Zona 1 superi il limite ATEX T4 ($135^\circ C$), occorre installare sensori continui di temperatura a fibra ottica basati su Reti di Bragg (FBG) direttamente sui tiranti del nucleo, sui pressacavi e sulle pareti della cassa. Questi sensori, intrinsecamente sicuri (Ex "i"), devono asservire l'interruttore dell'alimentatore principale per provocare lo scatto in caso di rilevamento di incrementi di temperatura superiori a $105^\circ C$.

Modellazione e Integrazione Tecnica in Vexten Suite

La rigorosa valutazione dell'impatto della saturazione da offset in C.C. sui sistemi elettrici di impianti chimici richiede l'impiego di strumenti di simulazione avanzati. Il software Vexten Suite integra moduli di calcolo sviluppati per considerare la non linearità elettromagnetica e idrocarburica descritta.

Modulo di Calcolo del Corto Circuito (IEC 60909 / IEEE 141)

La saturazione preventiva del nucleo dovuta all'iniezione di C.C. modifica le impedenze equivalenti del sistema al momento del verificarsi di un corto circuito. Secondo la norma IEC 60909, la corrente di corto circuito di picco ($i_p$) dipende direttamente dal fattore $\kappa$ (fattore di picco), il quale è funzione del rapporto $R/X$ del circuito di guasto:

Quando il nucleo del trasformatore è saturato da una componente preventiva di C.C., la reattanza di magnetizzazione e la reattanza di dispersione si riducono transitoriamente ($Xsat < Xlinear$). Ciò sposta drasticamente il rapporto $R/X$ verso valori più elevati dello spettro, mentre la reattanza di sequenza zero diminuisce. Vexten Suite adegua dinamicamente la matrice delle ammettenze del sistema ($\mathbf{Y}_{bus}$) ricalcolando il valore della reattanza subtransitoria saturata ($X_{d\_sat}''$) per fornire una stima precisa della corrente di picco massima $i_p$, evitando il sottodimensionamento del potere di interruzione (breaking capacity) degli interruttori automatici installati nella Zona ATEX.

Modulo di Dimensionamento dei Cavi e Derating Armonico (IEC 60287 / NEC 310)

Il modulo di dimensionamento dei cavi di Vexten Suite esegue un algoritmo iterativo basato sulla norma IEC 60287 per la portata di corrente in regime permanente, incorporando il fattore di correzione termica per distorsione armonica e C.C. ($Kderating$):

Il software calcola internamente la resistenza in corrente alternata alla frequenza di ciascuna armonica pari ($Rac(h)$) derivante dalla saturazione da C.C., valutando gli incrementi dovuti allo spessore dell'effetto pelle $\delta_s = \sqrt{\frac{2}{\omega \mu \sigma}}$. In questo modo, Vexten Suite previene il cedimento dielettrico dei cavi che alimentano i carichi critici negli impianti chimici, garantendo che il punto di lavoro termico del conduttore rimanga al di sotto dei $90^\circ C$ di progetto nominale.

Modulo di Analisi di Risonanza e Filtri Armonici

L'iniezione di corrente continua e la distorsione armonica da saturazione modificano la risposta in frequenza della rete elettrica. L'induttanza di magnetizzazione equivalente del trasformatore scende a valori minimi istantanei durante la saturazione del nucleo ($L_{mag\_sat} \ll L_{mag\_nom}$). Questo sposta la frequenza di risonanza parallela del sistema ($fres$) verso ordini armonici più elevati:

Se la frequenza di risonanza spostata coincide con una delle armoniche pari intensificate dalla saturazione (es. $2^\circ$ armonica a $100 Hz$ o $4^\circ$ a $200 Hz$), la tensione sulle sbarre dell'assieme IEC 61439-1/2 subirà un'amplificazione da risonanza distruttiva. Vexten Suite esegue scansioni in frequenza dinamiche (Frequency Scan Analysis) in funzione del livello di iniezione di C.C., progettando in modo automatizzato i filtri passivi smorzati (Filtri C-Type o Alto Passo) o configurando i parametri di smorzamento attivo dell'inverter per sopprimere in modo sicuro la risonanza in ambienti ad elevato rischio di esplosione.