Qualità dell'energia elettrica: principali problemi e loro cause

Storicamente, lo sviluppo tecnico è strettamente correlato all'uso dell'elettricità. L'adozione diffusa della tecnologia dell'informazione, dell'elettronica di potenza, degli azionamenti a velocità variabile e dell'illuminazione ad alta efficienza energetica nel 21° secolo ha cambiato la natura dei carichi elettrici. Questi carichi sono diventati sia vittime che colpevoli di problemi di qualità dell'energia elettrica.

Basi legali

Fino ad ora, non esiste una definizione rigorosa generalmente accettata di questo termine nel mondo. Il più universale è stato proposto dall'IEC Electromagnetic Compatibility Advisory Committee e recita quanto segue: “La qualità dell'energia è un insieme di parametri che caratterizzano proprietà del processo di fornitura di energia all'utente in condizioni operative normali, che determinano la continuità della sorgente e degli indicatori di tensione (valore, asimmetria, frequenza, forma d'onda, fase) ". Nella sua accezione più ampia, il termine si riferisce a una serie di restrizioni del fornitore che assicurano ai clienti che le apparecchiature funzioneranno senza perdita di prestazioni o danni.

A causa dell'adesione della Russia all'OMC, tutti i requisiti per le merci, compresa l'elettricità, devono essere conformi ai requisiti dello standard internazionale. Da luglio 2014, GOST 321444-2013 è diventato l'unico documento che definisce i requisiti per la qualità dell'elettricità sul territorio della Federazione Russa. Il suo preambolo afferma che il documento tiene conto dei requisiti della norma regionale europea EN 50160-2010.

Proprietà elettriche

L'elettricità è la forma di energia più versatile e adattabile. Viene utilizzato per trasformarsi in altre forme: calore, luce, movimento, vibrazioni elettromagnetiche e acustiche, ecc. Questa proprietà dell'elettricità è la base per le moderne telecomunicazioni, trasporti, industria e tecnologia dell'informazione.

L'elettricità viene fornita ai consumatori come merce con indicatori che ne determinano l'idoneità e l'utilità. Possiamo dire che cinque parametri lo definiscono come prodotto.:

1. Ampiezza.
2. Frequenza.
3. Forma del segnale.
4. Simmetria di fase.
5. Continuità.

Quando si utilizza l'elettricità, è desiderabile che la tensione alternata abbia una frequenza costante, una lunghezza d'onda sinusoidale e una fase costante. In pratica, ci sono molti fattori che causano l'instabilità di questi parametri. Il motivo principale che porta a un cambiamento negli indicatori di qualità dell'energia è il fatto stesso che il prodotto viene utilizzato dal cliente. Questo lo distingue dai prodotti normali.

Cause e conseguenze

La forza maggiore può danneggiare gravemente il funzionamento delle reti elettriche. Se non teniamo conto di disastri naturali, condizioni meteorologiche, instabilità politica o danni intenzionali, le ragioni principali che incidono sulla qualità, possono essere suddivisi in due categorie:

1. Problemi con i fornitori.
2. Problemi relativi al carico.

La separazione tra i due non è completa, poiché i disturbi delle apparecchiature in un sistema possono danneggiare o distruggere l'altro. Ad esempio, un arco in un forno di fabbrica può causare una caduta di tensione a breve termine negli utenti vicini quando viene acceso. I problemi più comuni associati specificamente alla generazione e alla trasmissione di energia elettrica ai consumatori sono causati da principalmente da temporali, guasti alle apparecchiature, guasti alla rete di distribuzione, operazioni di manutenzione e commutazione.

​Dal lato del consumatore, i carichi più comuni provengono da lanciatori pesanti e rumore elettrico. Le principali fonti di problemi sono:

• grandi motori;
• unità di saldatura;
• apparecchiature mediche come la risonanza magnetica e le macchine a raggi X;
• alimentatori per illuminazione;
• dispositivo di ricarica;
• gruppi di continuità.

L'indicatore più importante dell'elettricità per l'utente è la continuità della tensione. Ci sono molte aree dell'attività umana in cui l'interruzione dell'alimentazione è irta di irreversibili conseguenze, ad esempio, linee tecnologiche operanti a ciclo continuo, istituzioni mediche. Per tali consumatori, anche una breve interruzione dell'alimentazione di rete può comportare notevoli danni economici. In altri casi, la mancanza di prossimità del segnale reale all'ideale può causare:

• guasto o malfunzionamento delle apparecchiature;
• surriscaldamento delle macchine (trasformatori, motori, ecc.);
• ridurre la durata delle apparecchiature;
• danni ad apparecchiature sensibili;
• interferenza di comunicazione;
• perdite crescenti nel sistema di distribuzione;
• illuminazione tremolante.

Le vecchie apparecchiature meccaniche del secolo scorso sono abbastanza affidabili da resistere a piccoli cambiamenti di tensione senza comprometterne il funzionamento. I progressi tecnologici nell'elettronica di consumo e industriale negli ultimi anni hanno portato a l'emergere di un ampio parco di dispositivi intelligenti operanti tramite convertitori AC in costante.

Questi dispositivi non solo sono molto sensibili alle deviazioni dei parametri di tensione dall'ideale, ma sono essi stessi fonte di problemi per altre apparecchiature, creando armoniche nella rete.

Modi per migliorare la qualità

Sono disponibili molti metodi per aiutare a combattere i problemi associati a una scarsa qualità dell'alimentazione. Le maggiori sfide per i consumatori di solito non sono i danni alle apparecchiature fisiche, ma la riduzione della produttività e i costosi tempi di fermo. Come per le malattie, è molto più facile ed economico prevenire una malattia che diagnosticarla e curarla. Alcune soluzioni per ridurre al minimo i problemi:

1. Installazione di filtri armonici. Le caratteristiche di filtraggio devono essere accuratamente abbinate a ciascuna specifica attrezzatura.
2. Separazione di carichi elettronici sensibili. Per circuiti dedicati si intendono circuiti di fase e neutro separati e messa a terra individuale.
3. Limitazione del numero di prese nel circuito. Ciò riduce al minimo la caduta di tensione e l'interoperabilità delle apparecchiature.
4. L'uso di schermi metallici. I condotti correttamente messi a terra forniscono una schermatura affidabile.
5. Protezione contro i fulmini di alta qualità.
6. Installazione di dispositivi di protezione contro le sovratensioni. Un limitatore di sovratensione è uno dei metodi più economici per proteggere la tua attrezzatura.
7. Installazione di un gruppo di continuità. Non solo mantiene le apparecchiature in funzione durante le interruzioni di corrente, ma protegge anche dagli sbalzi di tensione.

Un'indagine preliminare approfondita sulla violazione dei parametri di approvvigionamento energetico e l'identificazione delle loro cause non sarà mai superflua. In casi difficili, si consiglia un'assistenza ingegneristica professionale.

Si può dire che nell'ultimo decennio i problemi di alimentazione da parte dei consumatori si siano acuiti, sebbene la qualità dei sistemi di alimentazione di rete nel mondo non sia sostanzialmente cambiata. Il cambiamento sta nel fatto che la società moderna è diventata un grande consumatore di elettronica intelligente. Le nuove tecnologie hanno esacerbato i problemi di approvvigionamento energetico che sono sempre esistiti.