Quali sono i danni causati dallo squilibrio trifase nei sistemi elettrici?

Lo squilibrio trifase nei sistemi elettrici provoca numerosi effetti negativi, tra cui l'aumento delle perdite di energia elettrica nelle linee, l'aumento delle perdite di energia elettrica nei trasformatori di distribuzione, la riduzione della capacità di uscita dei trasformatori di distribuzione, la generazione di corrente di sequenza zero nei trasformatori di distribuzione, compromissione della sicurezza operativa delle apparecchiature elettriche e la riduzione dell'efficienza dei motori elettrici. Come si può ridurre lo squilibrio trifase nei sistemi elettrici? La sezione seguente di Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. fornisce una spiegazione dettagliata dei danni causati dallo squilibrio trifase e degli approcci per migliorarlo.

Danni causati dallo squilibrio trifase nei sistemi elettrici:

1. Aumento delle perdite di energia elettrica nelle linee

In una rete di alimentazione trifase a quattro fili, quando la corrente scorre attraverso il conduttore di linea, si verifica inevitabilmente una perdita di energia elettrica a causa della presenza di impedenza, e questa perdita è proporzionale al quadrato della corrente. Quando la rete a bassa tensione è alimentata da un sistema trifase a quattro fili, la presenza di carichi monofase causa inevitabilmente uno squilibrio dei carichi trifase. In tali condizioni di carico squilibrato, la corrente scorre attraverso il conduttore neutro. Questo comporta non solo perdite nei conduttori di fase, ma anche perdite nel conduttore neutro, aumentando così le perdite complessive nelle linee della rete elettrica.

2.Aumento delle perdite di energia elettrica nei trasformatori di distribuzione

Il trasformatore di distribuzione è l'equipaggiamento elettrico principale nella rete a bassa tensione. Quando funziona in condizioni di squilibrio dei carichi trifase, provoca un aumento delle perdite del trasformatore, poiché la perdita di potenza del trasformatore varia in base al grado di squilibrio del carico.

3. Riduzione dell'uscita del trasformatore di distribuzione

Nel progetto di un trasformatore di distribuzione, la sua struttura avvolgente si basa sulle condizioni operative di carico equilibrato, con sostanziale uniformità delle prestazioni degli avvolgimenti e capacità nominale uguale per ciascuna fase. La massima uscita consentita del trasformatore di distribuzione è vincolata dalla capacità nominale di ciascuna fase. Quando il trasformatore di distribuzione funziona in condizioni di squilibrio del carico trifase, la fase poco caricata presenta capacità residua, il che porta a una riduzione dell'uscita del trasformatore. L'entità della riduzione dell'uscita è correlata al grado di squilibrio del carico trifase. Maggiore è lo squilibrio, maggiore sarà la riduzione dell'uscita del trasformatore di distribuzione. Di conseguenza, quando funziona in condizioni di squilibrio del carico trifase, la capacità di uscita del trasformatore di distribuzione non può raggiungere il valore nominale, la sua capacità di riserva è corrispondentemente ridotta e la sua capacità di sovraccarico è diminuita. Se il trasformatore di distribuzione funziona in condizioni di sovraccarico, è molto probabile che si generi riscaldamento del trasformatore, che in casi gravi può addirittura causare il danneggiamento dello stesso.

4. Generazione di corrente di sequenza zero da parte del trasformatore di distribuzione

Quando il trasformatore di distribuzione funziona in condizioni di squilibrio del carico trifase, si genera una corrente omopolare. Questa corrente varia in base al grado di squilibrio del carico trifase; maggiore è lo squilibrio, maggiore sarà la corrente omopolare. Se esiste una corrente omopolare nel trasformatore di distribuzione in funzione, nel suo nucleo verrà generato un flusso omopolare. (Non esiste corrente omopolare sul lato dell'alta tensione.) Questo costringe il flusso omopolare a passare soltanto attraverso la parete del serbatoio dell'olio e le componenti strutturali in acciaio. Dal momento che la permeabilità magnetica delle componenti in acciaio è relativamente bassa, quando la corrente omopolare attraversa tali componenti, si verificano perdite per isteresi e correnti parassite, causando un aumento locale della temperatura e il riscaldamento delle componenti in acciaio del trasformatore. L'isolamento degli avvolgimenti del trasformatore di distribuzione invecchia precocemente a causa del surriscaldamento, con conseguente riduzione della vita utile dell'apparecchiatura. Inoltre, la presenza della corrente omopolare aumenta le perdite del trasformatore di distribuzione.

5. Impatto sul funzionamento sicuro delle apparecchiature elettriche

Il trasformatore di distribuzione è progettato sulla base di condizioni operative con carico trifase bilanciato, con la resistenza, la reattanza di dispersione e l'impedenza magnetizzante di ogni avvolgimento di fase essenzialmente identiche. Quando il trasformatore di distribuzione opera con carichi trifase bilanciati, le correnti trifase sono essenzialmente uguali e le cadute di tensione all'interno di ogni fase del trasformatore sono anch'esse essenzialmente uguali; pertanto, le tensioni di uscita trifase del trasformatore sono bilanciate. Se il trasformatore di distribuzione opera con squilibrio dei carichi trifase, le correnti di uscita di ogni fase saranno diverse, e le cadute di tensione interne delle fasi del trasformatore saranno differenti, causando inevitabilmente uno squilibrio delle tensioni trifase in uscita del trasformatore.

Contemporaneamente, quando il trasformatore di distribuzione funziona con squilibrio del carico trifase, le correnti di uscita trifase sono disuguali, causando il flusso di corrente attraverso il conduttore neutro. Questo provoca una caduta di tensione d'impedenza nel conduttore neutro, portando allo spostamento del punto neutro, che modifica le tensioni di fase di ciascun conduttore. La tensione della fase sovraccarica diminuisce, mentre quella della fase sotto caricata aumenta. Fornire alimentazione in condizioni di squilibrio di tensione può facilmente danneggiare l'apparecchiatura elettrica collegata alla fase con tensione maggiore, mentre l'apparecchiatura connessa alla fase con tensione minore potrebbe non funzionare correttamente. Pertanto, operare in condizioni di squilibrio del carico trifase mette seriamente a rischio la sicurezza del funzionamento dell'apparecchiatura elettrica.

6. Riduzione dell'efficienza del motore elettrico

Quando un trasformatore di distribuzione funziona in condizioni di squilibrio del carico trifase, provoca uno squilibrio trifase nella tensione di uscita. Dal momento che la tensione squilibrata è composta da componenti di tensione di sequenza positiva, negativa e zero, quando tale tensione squilibrata viene applicata a un motore elettrico, la tensione di sequenza negativa genera un campo magnetico rotante opposto rispetto a quello prodotto dalla tensione di sequenza positiva, esercitando un effetto frenante. Tuttavia, poiché il campo magnetico di sequenza positiva è significativamente più forte di quello di sequenza negativa, il motore elettrico continua a ruotare nella direzione del campo magnetico di sequenza positiva. A causa dell'effetto frenante del campo magnetico di sequenza negativa, la potenza erogata dal motore elettrico diminuisce inevitabilmente, causando una riduzione dell'efficienza del motore. Contestualmente, l'innalzamento di temperatura e le perdite di potenza reattiva del motore elettrico aumentano anche in base al grado di squilibrio della tensione trifase. Pertanto, far funzionare un motore elettrico in condizioni di squilibrio della tensione trifase è estremamente antieconomico e insicuro.