A2C - Salerno

Spesso quando si parla di impianti elettrici sentiamo termini come corrente "monofase" o corrente "trifase". Ma di cosa si tratta esattamente? La corrente elettrica alternata, indicata solitamente con la sigla AC, è un tipo di corrente in cui tensione e intensità oscillano costantemente nel tempo.

Mentre nel caso della corrente continua (DC) il flusso di elettroni si muove ordinatamente sempre nella stessa direzione senza mai cambiare verso, con intensità e tensione costanti nel tempo, nel caso della corrente alternate le cose stanno molto diversamente. Ebbene, un sistema monofase è semplicemente il più semplice dei sistemi impiegati per la distribuzione e l'utilizzo di corrente alternata. Un sistema trifase è un sistema composto da tre circuiti utilizzato per produrre, trasmettere, distribuire e impiegare la corrente alternata. Vediamo quindi di capire com'è fatta la corrente alternata e vediamo in cosa differiscono e quando si opta per l'uno o per l'altro.

Nelle correnti di tipo alternato il flusso di elettroni inverte il senso di marcia in maniera continuativa nel tempo, descrivendo vere e proprie oscillazioni. Queste oscillazioni seguono un andamento di tipo sinusoidale, con una frequenza che solitamente è di 50 o 60 Hz. Anche intensità di corrente e tensione oscillano nel tempo, tra un valore minimo e uno massimo, sempre con frequenza di 50 o 60 Hz. Queste caratteristiche della corrente alternata derivano direttamente dalla struttura e dal principio di funzionamento dei generatori che la producono. Negli impianti elettrici di casa circola una corrente alternata monofase con una tensione che oscilla fra i +230 V e i - 230 V, con una frequenza di 50 Hz. Questo è lo standard nazionale ma ne esistono molti altri.
Ad ogni modo, la stragrande maggioranza dei nostri elettrodomestici funziona in corrente continua, ragion per cui sono muniti di appositi trasformatori o adattori AC-DC. Questo perché la corrente alternata offre notevoli vantaggi dal punto di vista della sua generazione e trasporto su lunghe distanze. Un alternatore è molto più semplice ed efficiente di una dinamo, mentre la trasmissione di corrente funziona meglio in AC ad alta tensione piuttosto che in DC. Si dissipa meno energia lungo il tragitto ed è più facile da trasformare da un voltaggio all'altro, cosa fondamentale nelle fasi di trasmissione e distribuzione. La corrente alternata viene prodotta sfruttando il principio dell'induzione elettromagnetica, sfruttando campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.
A sua volta, anche la corrente alternata che attraversa un circuito è in grado di generare campi elettrici e magnetici nello spazio circostante. Anche tali campi saranno ovviamente variabili nel tempo, e avranno la stessa frequenza della tensione di rete (50 Hz). Nel caso della corrente continua il verso del flusso degli elettroni, l'intensità e la tensione rimangono costanti, e questo genera campi di tipo statico. Nel caso della corrente alternata, verso di spostamento, intensità e tensione oscillano nel tempo, pertanto anche i campi generati avranno direzione, verso e intensità variabili nel tempo. 

Passiamo ora alla differenza tra corrente alternata monofase e trifase.
Un sistema monofase è composto essenzialmente da due cavi: uno a potenziale nullo, detto neutro, e uno a potenziale variabile nel tempo. In Italia La tensione della fase varia con un andamento sinusoidale e frequenza costante. La tensione tra fase e neutro è di 230 Volts. La tensione non è quindi costante ma oscilla fra un minimo e un massimo, tra essi vi sono degli istanti in cui il valore sarà addirittura nullo. Nei sistemi monofase la funzione del neutro è quella di permettere il ritorno della corrente di fase. La corrente che scorre nel neutro è pari alla corrente che scorre nella fase. 

Ben più complessa è la struttura di un sistema trifase. Innanzitutto, oggi tutta l'energia elettrica in corrente alternata viene generata come corrente trifase ed è in questa forma che viene trasportata su lunghe distanze, distribuita e utilizzata ad esempio nel settore industriale. Per le utenze più piccole viene invece trasformata dalle cabine MT/BT in corrente monofase prima di essere distribuita all'utente finale. Un generatore trifase è composto da tre generatori monofase montati a formare un sistema isofrequenziale, ossia con la stessa frequenza.  Ciascuno di essi produrrà una corrente di pari intensità e tensione ma con fase che diverge dalle altre 2 con un angolo di 120°. Le fasi vengono solitamente indicate con le lettre R, S e T, oppure L1, L2 ed L3.
Un generatore trifase può avere configurazione a stella, se i tre generatori condividono un morsetto, oppure a triangolo (o delta) in caso contrario. Anche i carichi possono essere connessi in configurazione a stella o a triangolo. Ad ogni modo, nel sistema trifase servono almeno 3 cavi, uno per ogni fase (R,S,T), più un quarto cavo per il neutro nel caso della configurazione a stella. Non c'è bisogno del neutro nella configurazione a triangolo. Tra ognuna delle fasi c'è una tensione di 400 Volts, valore che oscilla nel tempo alla frequenza di 50 Hz. A differenza del sistema monofase, non si hanno mai istantiin cui tutte e 3 le correnti di fase risultano nulle contemporaneamente. Nel collegamento a stella esiste un punto centrale in cui convergono i collegamenti provenienti dai morsetti dei generatori monofase, oppure dai terminali di ciascuna impedenza. Da questo nodo centrale si dirama il neutro. In un sistema simmetrico ed equilibrato la somma vettoriale, rispettivamente, delle tensioni e delle correnti di fase è nulla. In tali condizioni il neutro è a potenziale nullo ed ha corrente nulla. Solitamente il neutro è collegato ad un dispersore di terra.
Lo scopo è di permettere il ritorno delle correnti di fase quando i carichi collegati ad un impianto non siano simmetrici o equilibrati. In tal caso le somme vettoriali descritte in precedenza non sono più nulle e il neutro si troverà ad una tensione non nulla, attraversato da una corrente non nulla. Questa peraltro è una condzione molto comune sulle reti e negli impianti e senza un neutro e un dispersore di terra, le conseguenze potrebbero essere assai nefaste.

Concludiamo dicendo che la corrente monofase viene utilizzata solitamente nelle utenze domestiche o negli uffici. La corrente trifase invece viene usata per la produzione di energia elettrica, la trasmissione, la distribuzione e l'uso da parte di industrie e l'alimentazione di motori elettrici.
Rispetto alla monofase richiede meno materiale (e meno costi) per realizzare i cavi e altri dispositivi, ha minori perdite lungo le reti di trasporto e, soprattutto, può produrre un campo magnetico rotante, con cui alimentare motori elettrici.
Preciso che esistono anche abitazioni che hanno contatori trifasi. Di solito succede perchè sono ville molto grandi oppure hanno all'interno apparecchiature di tipo industriale. Ad esempio conosco persone che hanno pozzi che richiedono una fornitura trifase e quindi hanno un impianto domestico trifase. In questo caso l'impianto viene gestito come se fossero 3 impianti monofase, ognuno che agisce su una porzione di immobile diversa.

Chiudo con una frase di Guglielmo Marconi:"L'elettricità ci ha dato la luce per vedere, il suono per ascoltare e la comunicazione per connetterci."

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.