In che modo i generatori di caduta di tensione sono utili per il test di interruzione di tensione

Definizione del generatore di caduta di tensione
NEMA MG1-16.48 definisce caduta di tensione come la maggiore differenza di tensione dalla tensione di uscita nominale del generatore. Le correnti di spunto all'avviamento del motore o carichi di blocco di grandi dimensioni limitano la velocità del motore e una minore eccitazione al campo principale generano questi cali. Poiché le cause e le soluzioni dei cali di tensione istantanei differiscono da quelle dei carichi a blocchi, vengono misurate e analizzate in modo indipendente. A causa della sua natura istantanea, il più grande calo causato dalla corrente di spunto del motore si verifica entro cinque cicli e può essere monitorato solo con un oscilloscopio. I registratori meccanici possono rilevare cali causati da carichi pesanti a blocchi che rallentano il regime del motore.

Confusione sostenuta
Da allora, alcune marche di gruppi elettrogeni sono difficili da confrontare caduta di tensione è definito diversamente nella documentazione aziendale. Invece di un calo di tensione istantaneo, viene fornito un calo di tensione prolungato, che valuta la caduta a una curva di recupero più bassa ma più lunga.
Con un confronto della reattanza subtransitoria di due generatori con tempi di risposta AVR comparabili, è possibile ottenere un confronto significativo del calo di tensione di avviamento del motore. Quando si avvia lo stesso motore, due macchine con reattanza subtransitoria identica avranno all'incirca la stessa caduta di tensione.

Di conseguenza, i fornitori che utilizzano un calo di tensione prolungato come misura del calo di tensione forniranno solo una risposta "sì" o "no" se il loro gruppo elettrogeno corrisponderà agli standard di calo di tensione istantaneo stabiliti da altri produttori.
È l'unico metodo per assicurarti di ricevere offerte comparabili sui progetti che descrivi.

Comprendere la risposta transitoria dei gruppi elettrogeni
Non è necessario preoccuparsi della capacità dell'utilità locale di sopportare il carico o di eventuali effetti transitori sulla qualità dell'alimentazione quando un interruttore invia alcune centinaia di kW su un circuito. Tuttavia, questi sono problemi legittimi quando l'energia viene prelevata da un gruppo elettrogeno. La quantità di carico che può essere accettata in un passaggio, così come l'entità degli effetti transitori sulla qualità dell'alimentazione, varia notevolmente tra i modelli di gruppo elettrogeno.

Quando un carico pesante viene applicato a un gruppo elettrogeno, la velocità del motore diminuisce temporaneamente, o diminuisce, prima di tornare allo stato stazionario. Quando un carico viene rimosso, il regime del motore aumenta temporaneamente o supera. La qualità dell'energia elettrica è alterata perché la frequenza del generatore è determinata dal numero di giri del motore. La risposta transitoria è la misura di queste fluttuazioni di velocità transitorie.

Vengono misurate la lunghezza e la variazione percentuale della frequenza di una reazione transitoria (vedere la figura sotto). Il tempo impiegato dal motore per tornare al funzionamento a regime è indicato come tempo di ripristino. Questo può variare da un secondo a venti secondi. In generale, maggiore è la percentuale di avvallamento e più tempo impiega il motore a riprendersi, più peso si aggiunge all'autobus.

I cali sono spesso più pericolosi dei superamenti perché un carico eccessivo del blocco può causare lo stallo del motore e la caduta della tensione del generatore. La massa di rotazione del gruppo elettrogeno aiuta nel mantenimento della frequenza, sebbene l'inerzia debba essere accuratamente bilanciata tra il generatore e il motore. Quando viene specificato un generatore più grande, la caduta di frequenza viene ridotta, consentendo la disponibilità di una maggiore potenza del motore per il recupero. Il meccanismo di regolazione della tensione del gruppo elettrogeno è il componente più critico che influenza la reattività transitoria. I metodi di regolazione della tensione Volt per Hertz controllano la tensione seguendo la frequenza in modo proporzionale.

Poiché un carico di blocco grande riduce il numero di giri del motore e la frequenza del generatore, la tensione diminuisce, scaricando in modo efficiente il motore e riducendo i tempi di ripristino. Questo sistema è utilizzato da tutti i gruppi elettrogeni Cat. I sistemi di regolazione a tensione costante hanno una percentuale di variazione di tensione inferiore ma un periodo di ripristino molto più lungo. Quando il motore è a pieno carico, aumenta il pericolo di stallo del motore. Alcuni generatori utilizzano metodi di regolazione della doppia tensione per hertz. Sebbene questi metodi migliorino considerevolmente le capacità di caricamento a blocchi o riducano i tempi di ripristino, presentano un calo di tensione molto più elevato. La reattività transitoria è influenzata anche dalla configurazione del motore.

La maggior parte dei motori del gruppo elettrogeno sono turbocompressi per fornire potenza aggiuntiva - e kW - senza richiedere un motore più grande. Lo svantaggio del turbocompressore è nella reattività transitoria. L'aria diventa un elemento limitante negli scenari di trasporto. Più lunga è la risposta transitoria di un motore di gruppo elettrogeno, più è turbocompresso. I buchi di tensione e le brevi interruzioni sono causati da guasti in una rete elettrica causati da rapide variazioni di carichi pesanti. I carichi continuamente variabili collegati alla rete elettrica provocano variazioni di tensione. Poiché questi eventi possono avere un impatto sulle apparecchiature elettriche ed elettroniche, devono essere imitati in un ambiente di laboratorio.

Prove IEC 61000-4-30
• IEC 61000-4-11, che riguarda le apparecchiature elettriche ed elettroniche con una corrente di ingresso nominale non superiore a 16 A per fase per il collegamento a reti a 50 Hz o 60 Hz AC.
• IEC 61000-4-34, che si applica alle apparecchiature elettriche ed elettroniche con una corrente di ingresso nominale superiore a 16 A per fase, in particolare cali di tensione e brevi interruzioni per apparecchiature collegate a reti in corrente alternata a 50 Hz o 60 Hz, anche monofase e rete trifase. IEC raccomanda misurazioni in situ in tutto il sistema di alimentazione per correnti superiori a 1 A per fase.
• IEC 61000-4-29, che si applica alle apparecchiature elettriche ed elettroniche quando si verificano cali di tensione, brevi interruzioni o variazioni di tensione sulle porte di alimentazione CC.
L'obiettivo, come per tutte le norme fondamentali EMC, è quello di creare un riferimento unico per valutare l'immunità delle apparecchiature elettriche ed elettroniche quando soggette a questi fenomeni. Le norme di prodotto sono responsabili della determinazione della pertinenza e dell'applicabilità dei test indicati nella norma di base. Il materiale qui fornito sarà incentrato sullo standard IEC 61000-4-11.

Requisiti per le apparecchiature di prova
Nei laboratori è possibile utilizzare apparecchiature di test dedicate per replicare cali di tensione, brevi interruzioni e test di variabilità. Gli standard di base IEC prevedono test di variazione di tensione come optional. Di seguito sono riportati gli standard che le apparecchiature di prova devono soddisfare per essere utilizzate per i test di conformità:

• Tensione di uscita a vuoto: la tensione di uscita del generatore deve essere entro il 5% dei livelli di abbassamento impostati quando non viene applicato alcun carico. I livelli di caduta sono specificati come 0%, 40%, 70% e 80% della tensione nominale.
• Modifica della tensione di uscita con carico: la variazione di tensione da vuoto a carico deve essere inferiore al 5% del livello di caduta definito.
• Capacità di corrente in uscita – il generatore deve essere in grado di trasportare corrente superiore a 16 A per un breve periodo di tempo al livello di caduta richiesto. La circostanza più difficile è al livello di calo del 40%, quando il generatore deve gestire 40 A per 3 secondi.
• Capacità di picco di corrente di spunto – L'apparecchiatura di prova non dovrebbe limitare la capacità di picco di corrente di spunto. La capacità di picco massima del generatore non deve superare 1000 A per una rete da 250 V a 600 V, 500 A per una rete da 200 V a 240 V e 250 A per una rete da 100 V a 120 V.
• Overshoot/undershoot di tensione – Quando il generatore è caricato con un carico resistivo di 100, il picco istantaneo di overshoot/undershoot della tensione effettiva deve essere inferiore al 5% del livello di caduta impostato.
• Tempi di salita e discesa della tensione – Il generatore deve essere in grado di commutare tra 1 e 5 secondi durante un improvviso spostamento del livello di tensione.
• Sfasamento: il generatore deve essere in grado di sfasare tra 0 e 360 ​​gradi.
• Relazione di fase e passaggio per lo zero: il generatore deve essere in grado di rilevare e sincronizzarsi con la corrente alternata. La relazione di fase dell'evento interruzioni e cadute di tensione deve essere inferiore a 10° della frequenza di rete. Inoltre, il controllo del passaggio per lo zero del generatore deve trovarsi entro 10° dalla frequenza di rete.

Importanza dei tempi di ascesa e caduta
È fondamentale utilizzare apparecchiature di prova che soddisfino i tempi di salita e discesa rapidi richiesti durante l'esecuzione di cali di tensione e brevi interruzioni per evitare importanti sfasamenti durante il passaggio. Il tempo di commutazione di 1s – 5s è lo scenario peggiore e replica un cortocircuito nella rete elettrica vicino all'apparecchiatura elettronica. Di conseguenza, i test che utilizzano la commutazione rapida possono valutare la durata dell'apparecchiatura valutata nella situazione peggiore. A titolo di esempio, esamineremo l'effetto dei tempi di commutazione su una rete di alimentazione a 230 V / 50 Hz.

Possiamo determinare lo sfasamento per vari tempi di commutazione utilizzando la frequenza di alimentazione CA. Possiamo vedere che il limite di tempo di commutazione più lento di 5 s stabilito nella norma IEC 61000-4-11 si traduce in uno sfasamento di soli 0.09°. Un generatore di dip di pre-conformità con un tempo di commutazione di 200 s aggiunge uno sfasamento di 3.6° e un tempo di commutazione di 500 s aggiunge uno sfasamento di 9°.

Un calo del livello di test è un effetto secondario di questo considerevole spostamento di fase. Sulle reti elettriche a 60 Hz, l'impatto dello sfasamento è ancora più pronunciato. Un tempo di commutazione di 200 s, ad esempio, rappresenta uno sfasamento di 4.3° a 60 Hz, mentre un tempo di commutazione di 500 s equivale a uno sfasamento di 10.8°. Dato che il vero angolo di inizio dei cali può anche essere dettato dalla precisione del generatore, mantenere uno sfasamento ridotto a causa del processo di commutazione è piuttosto vantaggioso.

Importanza della capacità di corrente di spunto
Quando si collega un'apparecchiatura elettronica a una rete elettrica, la corrente di spunto si riversa nell'apparecchiatura, causando danni. La maggior parte delle apparecchiature elettroniche è progettata con un circuito per limitare questa corrente di spunto. Quando la rete elettrica si ripristina dopo un calo di tensione o una breve interruzione, lo stesso flusso di corrente di spunto riprende, ma il circuito di protezione può essere disinserito. Per ridurre al minimo i danni alle apparecchiature durante un calo di tensione o una breve interruzione, il generatore di picchi deve fornire una corrente sufficiente senza limitare la corrente di spunto.

I cali di tensione e le apparecchiature di prova per brevi interruzioni dovrebbero idealmente soddisfare la capacità di guida della corrente di picco di picco. Se l'apparecchiatura di prova soddisfa questo requisito (almeno 1,000 A per una rete da 250 V a 600 V, 500 A per una rete da 220 V a 240 V e 250 A per una rete da 100 V a 120 V), la misurazione della corrente di picco di spunto dell'EUT non è necessaria, risparmiando tempo. Se la corrente di spunto osservata dell'EUT è inferiore al 70% della capacità di azionamento dello spunto riportata dell'apparecchiatura di prova, la norma IEC 61000-4-11 consente una soluzione alternativa per l'utilizzo di un generatore con una corrente di spunto inferiore. Poiché entrambe le caratteristiche devono essere misurate prima del test, aumenta il tempo e le spese.

Modifiche tra IEC 61000-4-11 Ed.2 ed Ed.3
La IEC 61000-4-11 Ed.3 è stata emessa nel 2020 e sostituisce la precedente IEC 61000-4-11 Ed.2 del 2004. Le modifiche chiave nella norma sono una descrizione più esplicita del tempo di salita e discesa e una reiterazione del forte esigenza di utilizzare un generatore con tempi di salita e discesa che vanno da 1 s a 5 s per i test di conformità.

I requisiti di over/undershoot dello standard non erano chiari nell'edizione 2, portando a fraintendimenti su quali parametri dovevano essere misurati durante la calibrazione/verifica. Secondo alcune interpretazioni, l'overshoot e l'undershoot dovrebbero essere registrati sia quando si verifica una transizione di livello che quando la transizione di livello è terminata.

Overshoot e undershoot sono ora esplicitamente definiti come effetti che si verificano dopo il cambio, piuttosto che prima del cambio. Ciò indica che un superamento del fronte discendente richiede semplicemente la misurazione, mentre un superamento del fronte di salita richiede la misurazione. Se misurato con un carico resistivo di 100, l'overshoot o undershoot deve essere inferiore al 5% della tensione effettiva.

FAQ
Perché si verifica la caduta di tensione?
A caduta di tensione avviene quando la tensione di alimentazione (UF) scende al di sotto di una soglia fissata al 90% della tensione di alimentazione dichiarata (Uc). Un calo di tensione si verifica su un sistema polifase quando almeno una delle tensioni scende al di sotto della soglia e termina quando tutte le tensioni sono uguali o superiori alla soglia.

Che cos'è esattamente un test di cali di tensione e interruzioni?
Buchi di tensione e le brevi interruzioni sono causate da guasti in una rete elettrica causati da rapidi cambiamenti di carichi pesanti. I carichi continuamente variabili collegati alla rete elettrica provocano variazioni di tensione.

Che cos'è esattamente un'interruzione di tensione?
Un'interruzione di tensione si verifica quando la tensione URMS(1/2) scende al di sotto del livello di interruzione designato. Tipicamente, la soglia di interruzione è impostata significativamente al di sotto del livello di caduta di tensione. L'interruzione inizia quando la tensione URMS(1/2) scende al di sotto del valore di soglia di interruzione e termina quando la tensione URMS(1/2) è uguale o superiore al valore di soglia di interruzione più l'isteresi di tensione.

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