I problemi relativi all’energia elettrica che interessano con maggiore frequenza gli impianti industriali includono cali e aumenti di tensione, armoniche, transitori e squilibri di tensione e di corrente.
In un sistema trifase equilibrato, le tensioni di fase devono essere uguali o pressoché uguali. Per squilibrio o sbilanciamento si intende la misura della diversità delle tensioni di fase. Lo squilibrio di tensione è la misura delle differenze di tensione tra le fasi di un sistema trifase. Esso degrada le prestazioni e riduce la durata dei motori trifase.
L'impatto dei transitori sui motori può essere grave. L'isolamento degli avvolgimenti del motore può cedere e dare luogo a un guasto precoce e dispendioso del motore e a fermi macchina non programmati.
Test per la tensione transitoria nei motori
Le tensioni transitorie, vale a dire i picchi o le interruzioni di tensione temporanei indesiderati in un circuito elettrico, possono provenire da un numero qualsiasi di sorgenti, all'interno o all'esterno di un impianto industriale.
L'attivazione o disattivazione di carichi adiacenti, le batterie di condensatori di correzione del fattore di potenza o persino le condizioni meteorologiche distanti possono generare tensioni transitorie nei sistemi di distribuzione. Tali transitori, che variano in ampiezza e frequenza, possono erodere o causare il cedimento dell'isolamento negli avvolgimenti dei motori.
L'individuazione della sorgente di questi transitori può essere difficoltosa a causa della frequenza di tali episodi e per il fatto che i sintomi possono presentarsi in modi diversi. Ad esempio, un transitorio può verificarsi sui cavi di controllo senza necessariamente danneggiare direttamente l'apparecchiatura, ma creando problemi di funzionamento.
Un buon metodo per identificare e misurare i transitori consiste nell'utilizzare un analizzatore di Power Quality trifase con una funzione transitorio, come l'analizzatore di Power Quality e motori Fluke 438-II. La funzione transitorio sullo strumento è impostata a un valore di 50 V al di sopra della tensione normale. Il display dello strumento quindi mostrerà la tensione potenzialmente problematica al di sopra di 50 V: i transitori.
Se in una misurazione iniziale non viene rilevato alcun transitorio, è buona prassi misurare e registrare la Power Quality in funzione del tempo con un registratore di Power Quality industriale avanzato, come ad esempio il registratore di Power Quality trifase Fluke 1750.
Che cosa causa lo squilibrio di tensione?
Un sistema trifase squilibrato può essere causa di prestazioni inadeguate o guasti prematuri di motori trifase e di altri carichi trifase conseguenti a:
- Sforzi meccanici nei motori a causa dell'erogazione di una coppia inferiore al normale.
- Corrente superiore al normale nei motori e nei raddrizzatori trifase.
- Lo squilibrio di corrente fluirà nei conduttori di neutro dei sistemi trifase WYE.
Lo squilibrio di tensione ai morsetti del motore causa un elevato squilibrio di corrente che può risultare pari a 6 - 10 volte lo squilibrio di tensione. Le correnti sbilanciate danno luogo a pulsazioni di coppia, aumento delle vibrazioni e sollecitazione meccanica, aumento delle perdite e surriscaldamento del motore. Gli squilibri di tensione e di corrente potrebbero inoltre indicare problemi di manutenzione, come connessioni allentate e contatti usurati.
Lo squilibrio può verificarsi in qualsiasi punto del sistema di distribuzione. I carichi devono essere suddivisi in parti uguali ai capi di ciascuna fase di un quadro di distribuzione. Se una fase risulta caricata eccessivamente rispetto alle altre, la tensione su tale fase sarà più bassa. I trasformatori e i motori trifase alimentati da tale quadro possono esibire temperature di funzionamento maggiori, essere insolitamente rumorosi, vibrare eccessivamente e persino guastarsi prematuramente.
Come calcolare lo squilibrio di tensione
Il calcolo per la determinazione dello squilibrio di tensione è semplice. Il risultato è lo squilibrio percentuale, che può essere utilizzato per stabilire le operazioni successive da compiere nella ricerca guasti del motore. Il calcolo comporta tre passaggi:
- Determinazione della tensione o della corrente media.
- Calcolo della massima deviazione di tensione o di corrente.
- Divisione della massima deviazione per la tensione o corrente media e moltiplicazione per uno squilibrio del 100% = (Deviazione massima dalla V o I media / V o I media) x 100
Il calcolo manuale dello squilibrio è una determinazione in un dato istante dello squilibrio di tensione o di corrente. Un analizzatore di azionamenti a motore come il Fluke 438-II indicherà lo squilibrio di tensione o di corrente in tempo reale, comprese le eventuali variazioni dello squilibrio.