Influencia de las desviaciones de tensión en el funcionamiento de los receptores eléctricos

La influencia significativa de la tensión de red en el funcionamiento de los consumidores eléctricos exige prestar mucha atención a mantener la tensión en los terminales de los consumidores cerca de la tensión nominal. El voltaje suministrado a los consumidores es uno de indicadores de calidad de energía.

Los cambios en el voltaje de la red se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Cambios lentos de tensión que suelen ocurrir durante el funcionamiento de la red. Estos cambios se denominan desviaciones de tensión... Las desviaciones de tensión se definen como la diferencia entre la tensión real en los terminales de los consumidores de energía y tensión nominal… Las desviaciones de tensión pueden ser negativas o positivas. Primero corresponder bajo voltaje con relación a nominal, segundo — aumento de voltaje.

Las desviaciones de voltaje en las redes eléctricas son causadas por cambios en las cargas de la red, modos de operación de las centrales eléctricas, etc.

2. Cambios rápidos de voltaje debido a fallas en los sistemas eléctricos y otras causas. Ejemplos incluyen Corto circuitos, balanceo de máquinas, encendido y apagado de alguno de los elementos de la instalación, etc. Se producen rápidas fluctuaciones de tensión.

Todo receptores de energía eléctrica están diseñados para operar a un voltaje nominal específico. Las desviaciones de voltaje del voltaje nominal en sus terminales conducen al deterioro del funcionamiento de los receptores eléctricos.

El cambio en las características principales de las lámparas incandescentes según el voltaje en sus terminales se muestra en la fig. 1.

Arroz. 1. Características de las lámparas incandescentes: 1 — flujo luminoso, 2 — flujo luminoso, 3 — vida útil (números en ordenadas para las curvas 1 y 2).

Las curvas mostradas muestran la gran influencia del voltaje en el desempeño de las lámparas incandescentes. Por ejemplo, una disminución del voltaje del 5 % corresponde a una disminución del flujo luminoso del 18 %, y una disminución del voltaje del 10 % provoca una disminución del flujo luminoso de la lámpara de más del 30 %.

Una disminución en el flujo luminoso de las lámparas conduce a una disminución en la iluminación del lugar de trabajo, como resultado de lo cual disminuye la productividad laboral y se deterioran los indicadores de calidad.

La mala iluminación de los lugares de trabajo, caminos, calles, etc. aumenta el número de accidentes con personas. Las caídas de voltaje degradan la eficiencia de las lámparas incandescentes. Reduciendo el voltaje en un 10% se reduce la eficiencia luminosa de la lámpara (lm/m/W) ​​en un 20%.

Un aumento en el voltaje de la red conduce a un aumento en la eficiencia de las lámparas.Pero aumentar el voltaje conduce a una fuerte disminución en la vida útil de las lámparas. Con un aumento del 5% en el voltaje, la vida útil de las lámparas incandescentes se reduce a la mitad y con un aumento del 10%, más de 3 veces.

Las lámparas fluorescentes son menos sensibles a las fluctuaciones de voltaje de la red. Las variaciones de tensión del 1 % provocarán una variación media del flujo luminoso de la lámpara del 1,25 %.

En los aparatos de calefacción domésticos (baldosas, planchas, etc.) los elementos calefactores están compuestos por resistencias activas. La potencia dada por ellos en función de la tensión de red se expresa mediante la ecuación

P = I2R = U2/R

muestra que una disminución en el voltaje de la red provoca una fuerte disminución en la potencia suministrada por el dispositivo de calentamiento. Esto último conduce a un aumento significativo en el tiempo de funcionamiento del dispositivo y un consumo excesivo de electricidad para cocinar, etc.

Las características de todos los demás electrodomésticos también dependen del voltaje suministrado. Cuando cambia el voltaje en los terminales de los motores eléctricos, el par, el consumo de energía y la vida útil del aislamiento del devanado cambian.

Los pares de los motores de inducción son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado a sus terminales. Si el par motor a la tensión nominal se toma como 100 %, entonces a una tensión del 90 %, por ejemplo, el par será del 81 %. Las caídas de voltaje severas pueden incluso hacer que los motores se detengan o no arranquen, impulsando maquinaria con condiciones de arranque difíciles (montacargas, trituradoras, molinos, etc.).Insuficiente (los pares de los motores eléctricos pueden causar defectos en el producto, daños en los productos semiacabados, etc.)

Las dependencias del cambio en la potencia consumida por los motores eléctricos en el voltaje durante el modo de operación estacionario del sistema se denominan características estáticas de la carga eléctrica de los consumidores.

A medida que disminuye el voltaje, la potencia activa consumida por el motor eléctrico disminuye debido a una disminución en el par y el asociado deslizamiento creciente.

Un aumento del deslizamiento conduce a un aumento de las pérdidas de potencia activa en el motor. A medida que aumenta la tensión, disminuye el deslizamiento y aumenta la potencia requerida para accionar el mecanismo. Se reduce la pérdida de potencia activa en el motor eléctrico.

El análisis muestra que la carga resistiva de los motores eléctricos cambia de manera insignificante cuando cambia el voltaje, lo que corresponde a los modos de funcionamiento normales del sistema y, por lo tanto, se puede suponer que es constante.

El cambio en la carga reactiva de los motores eléctricos del voltaje depende de la relación entre la potencia de magnetización reactiva y la disipación de potencia reactiva de los motores. La fuerza de magnetización reactiva varía aproximadamente proporcional a la cuarta potencia del voltaje. La disipación de potencia reactiva, en función de la corriente de los motores eléctricos, varía inversamente proporcional a aproximadamente la segunda potencia de la tensión.

Cuando el voltaje cae con respecto al nominal (hasta un cierto valor), la carga reactiva de los motores eléctricos siempre disminuye.Esto se explica por el hecho de que la potencia reactiva de magnetización, que es hasta el 70% de la potencia reactiva total consumida por el motor eléctrico, disminuye más rápido de lo que aumenta la potencia reactiva de disipación.

Las dependencias del consumo de energía reactiva en el voltaje de la red para algunos usuarios se muestran en la fig. 2. Estas curvas son las características estáticas de las cargas eléctricas de los consumidores en su conjunto, es decir, teniendo en cuenta la influencia de los transformadores, la iluminación, etc. sobre ellos.

Arroz. 2. Características estáticas de las cargas eléctricas: 1 — fábrica de papel, cosφ = 0,92, 2 — planta metalúrgica, cosφ = 0,93, 3 — fábrica textil, cosφ = 0,77.

La curva 1 de la fábrica de papel es muy empinada. Cuanto menor sea la carga de los motores y mayor sea su factor de potencia a tensión nominal, más inclinada será la curva de dependencia de la potencia reactiva consumida respecto a la tensión de red. Reducción de tensión a largo plazo del 10% en los terminales de los motores eléctricos cuando están completamente cargados, debido a la mayor temperatura de los devanados, hasta que el aislamiento de los motores se desgasta aproximadamente el doble de rápido que a la tensión nominal.