Influenza delle deviazioni di tensione sul funzionamento dei ricevitori elettrici

La notevole influenza della tensione di rete sul funzionamento delle utenze elettriche richiede una grande attenzione per mantenere la tensione ai morsetti delle utenze vicino alla tensione nominale. La tensione fornita alle utenze è una di indicatori di qualità dell'energia.

Le variazioni della tensione di rete possono essere classificate come segue:

1. Cambiamenti di tensione lenti che di solito si verificano durante il funzionamento della rete. Questi cambiamenti sono chiamati deviazioni di tensione... Le deviazioni di tensione sono definite come la differenza tra la tensione effettiva ai terminali delle utenze elettriche e tensione nominale… Le deviazioni di tensione possono essere negative o positive. Il primo corrisponde alla sottotensione rispetto al valore nominale, il secondo all'aumento della tensione.

Le deviazioni di tensione nelle reti elettriche sono causate da cambiamenti nei carichi di rete, modalità operative delle centrali elettriche, ecc.

2. Rapide variazioni di tensione dovute a guasti nei sistemi elettrici e altre cause. Esempi inclusi corto circuiti, macchine oscillanti, accensione e spegnimento di uno degli elementi dell'installazione, ecc. Sono causate rapide fluttuazioni di tensione.

Qualunque cosa ricevitori di energia elettrica sono progettati per funzionare a una specifica tensione nominale. Le deviazioni di tensione dalla tensione nominale ai loro terminali portano al deterioramento del funzionamento dei ricevitori elettrici.

Il cambiamento delle caratteristiche principali delle lampade ad incandescenza in funzione della tensione ai loro terminali è riportato in fig. 1.

Riso. 1. Caratteristiche delle lampade a incandescenza: 1 — flusso luminoso, 2 — flusso luminoso, 3 — durata (numeri in ordinata per le curve 1 e 2).

Le curve mostrate mostrano la grande influenza della tensione sulle prestazioni delle lampade ad incandescenza. Ad esempio, una diminuzione del 5% della tensione corrisponde a una diminuzione del 18% del flusso luminoso e una diminuzione del 10% della tensione provoca una diminuzione del flusso luminoso della lampada di oltre il 30%.

Una diminuzione del flusso luminoso delle lampade porta a una diminuzione dell'illuminazione del posto di lavoro, a seguito della quale la produttività del lavoro diminuisce e gli indicatori di qualità si deteriorano.

La scarsa illuminazione di luoghi di lavoro, vialetti, strade, ecc. aumenta il numero di incidenti con le persone. I buchi di tensione degradano l'efficienza delle lampade a incandescenza. Riducendo la tensione del 10% si riduce del 20% l'efficienza luminosa della lampada (lm/m/W).

Un aumento della tensione di rete porta ad un aumento dell'efficienza delle lampade.Ma l'aumento della tensione porta a una forte diminuzione della durata delle lampade. Con un aumento del 5% della tensione, la durata delle lampade a incandescenza si riduce della metà e con un aumento del 10% - più di 3 volte.

Le lampade fluorescenti sono meno sensibili alle fluttuazioni della tensione di rete. Variazioni di tensione dell'1% causeranno una variazione media del flusso luminoso della lampada dell'1,25%.

Nei dispositivi di riscaldamento domestici (piastrelle, ferri da stiro, ecc.) gli elementi riscaldanti sono costituiti da resistenze attive. La potenza da essi fornita in funzione della tensione di rete è espressa dall'equazione

P = I2R = U2/R

mostra che una diminuzione della tensione di rete provoca una forte diminuzione della potenza fornita dal dispositivo di riscaldamento. Quest'ultimo comporta un aumento significativo del tempo di funzionamento del dispositivo e un consumo eccessivo di elettricità per cucinare, ecc.

Le caratteristiche di tutti gli altri elettrodomestici dipendono anche dalla tensione fornita. Quando la tensione ai terminali dei motori elettrici cambia, cambiano la coppia, il consumo di energia e la durata dell'isolamento dell'avvolgimento.

Le coppie dei motori a induzione sono proporzionali al quadrato della tensione applicata ai loro terminali. Se la coppia del motore alla tensione nominale è considerata pari al 100%, ad esempio al 90% della tensione, la coppia sarà dell'81%. Forti cali di tensione possono anche causare lo stallo o il mancato avviamento dei motori, azionando macchinari con condizioni di avviamento difficili (paranchi, frantoi, mulini, ecc.).Insufficiente (le coppie dei motori elettrici possono causare difetti del prodotto, danni ai semilavorati, ecc.)

Le dipendenze della variazione della potenza consumata dai motori elettrici sulla tensione durante la modalità di funzionamento stazionaria del sistema sono chiamate caratteristiche statiche del carico elettrico dei consumatori.

Al diminuire della tensione, la potenza attiva consumata dal motore elettrico diminuisce a causa di una diminuzione della coppia e dell'associata slittamento crescente.

Un aumento dello scorrimento porta ad un aumento delle perdite di potenza attiva nel motore. All'aumentare della tensione, lo scorrimento diminuisce e aumenta la potenza richiesta per azionare il meccanismo. La perdita di potenza attiva nel motore elettrico è ridotta.

L'analisi mostra che il carico resistivo dei motori elettrici cambia in modo non significativo al variare della tensione, corrispondente alle normali modalità operative del sistema, e quindi può essere assunto costante.

La variazione del carico reattivo dei motori elettrici rispetto alla tensione dipende dal rapporto tra la potenza magnetizzante reattiva e la dissipazione di potenza reattiva dei motori. La forza magnetizzante reattiva varia approssimativamente proporzionale alla quarta potenza della tensione. La potenza reattiva dissipata, in funzione della corrente dei motori elettrici, varia in modo inversamente proporzionale a circa la seconda potenza della tensione.

Quando la tensione scende rispetto al valore nominale (fino a un certo valore), il carico reattivo dei motori elettrici diminuisce sempre.Ciò è spiegato dal fatto che la potenza di magnetizzazione reattiva, che rappresenta fino al 70% della potenza reattiva totale consumata dal motore elettrico, diminuisce più rapidamente dell'aumento della potenza di dissipazione reattiva.

Le dipendenze del consumo di potenza reattiva dalla tensione di rete per alcune utenze sono mostrate in fig. 2. Queste curve sono le caratteristiche statiche dei carichi elettrici dei consumatori nel loro insieme, ovvero tenendo conto dell'influenza di trasformatori, illuminazione, ecc. sopra di loro.

Riso. 2. Caratteristiche statiche dei carichi elettrici: 1 — cartiera, cosφ = 0,92, 2 — impianto di lavorazione dei metalli, cosφ = 0,93, 3 — fabbrica tessile, cosφ = 0,77.

La curva 1 della cartiera è molto ripida. Minore è il carico sui motori e maggiore è il loro fattore di potenza alla tensione nominale, più ripida è la curva di dipendenza della potenza reattiva consumata dalla tensione di rete. Riduzione della tensione a lungo termine del 10% ai terminali dei motori elettrici a pieno carico, a causa della maggiore temperatura degli avvolgimenti, fino a quando l'isolamento dei motori si consuma circa due volte più velocemente rispetto alla tensione nominale.