Analisi del danno da carico trifase sbilanciato e misure di miglioramento
◴ 2024-08-28
Cosa succede se la fase 3 non è bilanciata
Lo squilibrio del carico nei sistemi di alimentazione trifase può portare a una serie di problemi relativi alla sicurezza e all'economia delle apparecchiature elettriche. I rischi più evidenti dello squilibrio trifase sono:
1. Aumento della perdita di potenza dei trasformatori di distribuzione
Le apparecchiature centrali della rete elettrica a bassa tensione sono i trasformatori di distribuzione e lo squilibrio del carico trifase ne aumenta le perdite. Perdite del trasformatore sono classificate in due: la perdita di ferro, nota anche come perdita a vuoto, e la perdita di rame, definita perdita di carico. In caso di condizioni di squilibrio, le variazioni di carico causano un aumento della perdita di rame. Le conseguenze esplicite sono:
Surriscaldamento dell'avvolgimento: Il tasso di invecchiamento del materiale isolante aumenta e le prestazioni dell'isolamento diminuiscono.
Riduzione della durata di vita: Per ogni aumento di temperatura di 8°C, la durata del trasformatore può ridursi alla metà.
2. Riduzione della potenza dei trasformatori di distribuzione
I trasformatori di distribuzione sono progettati secondo il principio del bilanciamento del carico. Lo sbilanciamento trifase comporta un carico leggero su una delle fasi e un eccesso di capacità su un'altra. Ciò si riflette sulla potenza massima consentita del trasformatore, che può causare i seguenti problemi:
Riduce anche la capacità di uscita. La capacità di uscita non può essere prodotta al valore nominale e diminuisce anche la capacità di riserva.
Rischio di sovraccarico: Il trasformatore si surriscalda a causa di possibili condizioni di sovraccarico che possono provocare bruciature.
3. Generazione di corrente di sequenza zero
Per un carico trifase sbilanciato, il trasformatore produce una corrente di sequenza zero, la cui entità è proporzionale al livello di squilibrio. La presenza di corrente di zero-sequenza produce i seguenti problemi:
Generazione di flusso a sequenza zero: Il flusso di sequenza zero prodotto nel nucleo di ferro del trasformatore aumenta e provoca un aumento della temperatura locale.
Invecchiamento dell'isolamento: Il surriscaldamento accelera l'invecchiamento del materiale isolante degli avvolgimenti. Di conseguenza, aumenta la riduzione della durata di vita dell'apparecchiatura.
4.Aumento della perdita di potenza in linea
In un sistema di alimentazione trifase a quattro fili, l'impedenza determina una perdita di potenza ogni volta che la corrente attraversa la linea. Tale perdita è proporzionale al quadrato della corrente. Ogni volta che si verifica uno squilibrio nel carico trifase, la corrente inizia a fluire verso la linea del neutro, aumentando ulteriormente la perdita di linea nella rete elettrica. Maggiore è il livello di squilibrio della corrente, maggiore sarà la perdita sulla linea.
5. Influenzare il funzionamento sicuro delle apparecchiature elettriche
Una tensione di fase sbilanciata porta a diversi problemi, come ad esempio:
Deriva del punto neutro: La tensione della fase fortemente caricata diminuisce e quella della fase leggermente caricata aumenta, causando un funzionamento instabile delle apparecchiature.
Danni alle apparecchiature: lo squilibrio di tensione può danneggiare le apparecchiature, in particolare la fase ad alta tensione.
Il fenomeno dello squilibrio minaccia seriamente la sicurezza e la stabilità delle apparecchiature elettriche.
6. Riduce l'efficienza del motore
Il carico trifase bilanciato crea un ingresso di tensione sbilanciato all'estremità del motore. L'effetto della tensione di sequenza negativa fa sì che il motore funzioni come un freno, con i seguenti effetti.
Inefficienza: La minore potenza erogata all'estremità del motore è dovuta alla minore efficienza complessiva del motore.
Aumento rapido della temperatura e perdita di potenza reattiva: L'aumento della temperatura e la perdita di potenza reattiva del motore aumentano con la tensione trifase sbilanciata, che può causare danni alle apparecchiature senza alcun problema.
Pertanto, quando le tensioni trifase rimangono sbilanciate, l'uso del motore diventa economicamente scorretto e pericoloso.
Quali sono i modi per migliorare lo squilibrio trifase?
1. I carichi trifase devono essere distribuiti in modo appropriato.
Gli addetti all'energia elettrica devono raccogliere i dati di carico con molta attenzione e registrarli per prevedere lo stato della potenza del carico. Nel quadrifilare trifase, soprattutto a bassa tensione, dopo l'utilizzo di apparecchiature di bilanciamento, le compensazioni reattive possono modificare in modo appropriato le correnti squilibrate trasformate. Inoltre, in condizioni diverse, il metodo di cablaggio del momento di corrente cambia in modo appropriato, per cui anche questo metodo è una misura appropriata per la distribuzione del carico trifase in modo ragionevole.
2. Controllo della corrente sbilanciata
Qualsiasi tipo di carico sbilanciato, tranne quello a massa, può essere collegato in parallelo con alcune resistenze e condensatori, in base al principio di compensazione della corrente sbilanciata. I seguenti principi devono guidare il controllo della corrente sbilanciata:
Compensazione del fattore di potenza e regolazione dello squilibrio sulla corrente trifase.
Per evitare una sovracompensazione, si dovrebbe rinunciare al controllo capacitivo completo.
Anche l'importo della compensazione deve essere adeguato nel tempo.
● Riduzione del numero di dispositivi di commutazione e di compensazione per garantire la massima gestione nell'arco della giornata.
3. Controllo e regolazione di routine dei carichi trifase
È necessario eseguire test regolari dei carichi trifase. Secondo gli standard nazionali, i risultati dei test devono essere documentati e controllati per identificare e calibrare tempestivamente gli squilibri. Anche nelle parti in cui non ci sono guasti è necessaria la vigilanza. Una volta eseguiti i test, i dati devono essere ordinati e inseriti nel sistema per consentire di dedurre le regolazioni necessarie e le possibilità di applicazione tecnica.
Sintesi
Lo squilibrio del carico trifase ha un impatto significativo sul sistema elettrico. Non solo aumenta il consumo di energia dei trasformatori e delle linee di distribuzione, ma provoca anche il surriscaldamento delle apparecchiature e riduce la durata di vita, compromettendo la sicurezza del funzionamento. Anche l'efficienza dei motori ne risente pesantemente. Pertanto, è necessario adottare misure efficaci per prevenire lo squilibrio di carico trifase.
L'uso di un stabilizzatore di tensione trifase sbilanciato è una soluzione efficace. Inoltre, può misurare la tensione in tempo reale per consentire un carico bilanciato su tutte e tre le fasi, riducendo così il consumo di energia e l'efficienza di tutte le apparecchiature. Nel frattempo, la ragionevolezza del carico di corrente sbilanciato può essere accompagnata dal controllo per prevenire questo fenomeno. Infine, lo stabilizzatore di tensione trifase, che accompagna tutte le misure di miglioramento di cui sopra, ha un ruolo significativo da svolgere per ottimizzare e stabilizzare il sistema elettrico.
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