Capire lo squilibrio elettrico

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Sensore di vibrazioni

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Bilanciatore dinamico "Balanset-1A" OEM

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Definizione: Che cosa è lo squilibrio elettrico?

squilibrio elettrico (chiamato anche sbilanciamento di fase, sbilanciamento di tensione o sbilanciamento di corrente) è una condizione nei sistemi elettrici trifase in cui le tensioni o le correnti nelle tre fasi non sono uguali in ampiezza o non sono separate esattamente da 120 gradi elettrici. Questa asimmetria nell'alimentazione elettrica o negli avvolgimenti del motore crea forze elettromagnetiche sbilanciate, riscaldamento eccessivo negli avvolgimenti del motore, correnti di sequenza inversa, pulsazioni di coppia e caratteristiche vibrazione a una frequenza doppia rispetto a quella della linea.

Anche piccoli squilibri di tensione (2-3%) possono causare significativi squilibri di corrente (6-10×) e ridurre l'efficienza e la durata del motore. Lo squilibrio elettrico è un problema comune negli impianti industriali e può derivare da problemi di alimentazione, scarsa distribuzione dell'energia elettrica o difetti degli avvolgimenti del motore.

Tipi di squilibrio elettrico

1. Squilibrio di tensione

Tensioni linea-linea o linea-neutro non uniformi:

• Misurazione: Misurare la tensione tra ciascuna coppia di fasi (AB, BC, CA)
• Calcolo: Squilibrio di tensione % = (Deviazione massima dalla media / media) × 100
• Esempio: Misurazione fasi 477V, 480V, 483V → Media 480V, deviazione massima 3V → sbilanciamento 0,625%
• Accettabile: < 1% per NEMA, < 2% secondo IEC

2. Squilibrio di corrente

Corrente non uniforme nelle tre fasi:

• Misurazione: Misurare la corrente in ogni fase (IA, IB, IC)
• Calcolo: % Squilibrio di corrente = (Deviazione massima dalla media / media) × 100
• Cause: Squilibrio di tensione, guasti agli avvolgimenti, collegamenti scadenti
• Amplificazione: Un piccolo squilibrio di tensione crea uno squilibrio di corrente più grande (moltiplicatore 6-10×)

3. Sbilanciamento dell'angolo di fase

• Fasi non separate esattamente da 120°
• Crea coppia pulsante e riscaldamento
• Meno comune dello squilibrio di magnitudo
• Richiede un analizzatore della qualità dell'alimentazione per rilevare

Cause dello squilibrio elettrico

Problemi di fornitura di servizi pubblici

• Problemi del trasformatore: Trasformatori di distribuzione sbilanciati
• Carichi monofase: Grandi carichi monofase sulla stessa alimentazione creano asimmetria
• Problemi con la linea di trasmissione: Impedenza non uniforme in tre fasi
• Condizioni di guasto dell'utilità: Disturbi del sistema

Distribuzione delle strutture

• Collegamenti scadenti: Collegamenti ad alta resistenza in una fase
• Fusibili bruciati: Perdita parziale di una fase (grave squilibrio)
• Lunghezze dei cavi non uguali: Diverse impedenze nei conduttori di fase
• Monofase: Perdita completa di una fase (squilibrio estremo)

Cause interne del motore

• Guasti agli avvolgimenti: Pantaloncini turn-to-turn che riducono le curve efficaci in una fase
• Asimmetria dell'avvolgimento: Variazione di produzione nelle resistenze degli avvolgimenti
• Problemi di connessione: Collegamenti terminali scadenti
• Avvolgimenti danneggiati: Cortocircuiti parziali o circuiti aperti

Effetti sulle prestazioni motorie

Surriscaldamento

La conseguenza più grave:

• Le correnti di sequenza negativa creano ulteriore riscaldamento
• Una fase trasporta più corrente di quella progettata
• Aumento della temperatura molto maggiore di quanto suggerirebbe lo squilibrio di tensione
• Regola pratica: Lo squilibrio di tensione 3% può causare un aumento della temperatura di 18-25%
• Invecchiamento e guasto accelerati dell'isolamento

Efficienza e fattore di potenza

• Minore efficienza delle correnti circolanti
• Fattore di potenza ridotto
• Aumento del consumo energetico
• Perdita di efficienza tipica: 1-2% per squilibrio moderato

Pulsazioni di coppia

• Coppia pulsante a frequenza di linea 2×
• Crea vibrazioni torsionali nella trasmissione
• Può eccitare risonanze torsionali
• Riduce il funzionamento regolare

Vibrazioni

• 2× Frequenza di linea: Componente di vibrazione da 120 Hz (60 Hz) o 100 Hz (50 Hz)
• Origine elettromagnetica: Forze magnetiche pulsanti
• Ampiezza: Proporzionale al grado di squilibrio
• Confusione: Può essere scambiato per guasti dello statore o attrazione magnetica

Durata di servizio ridotta

• L'aumento dello stress termico riduce la durata dell'isolamento
• Necessario declassamento del motore (capacità ridotta)
• Lo squilibrio di tensione 3% può ridurre la durata del motore di 50%

Rilevamento e misurazione

Misurazione della tensione

• Misurare le tensioni linea-linea (VAB, VBC, VCA) con il motore in funzione sotto carico
• Calcola la deviazione media e percentuale
• Eseguire sui terminali del motore (non sul pannello di alimentazione) per includere la caduta di tensione
• Documentare e seguire l'andamento nel tempo

Misurazione della corrente

• Misurare la corrente in ogni fase con la pinza amperometrica
• Calcola la percentuale di squilibrio
• Squilibrio di corrente spesso 6-10 volte lo squilibrio di tensione
• L'aumento dello squilibrio di corrente indica lo sviluppo di problemi motori

Analisi delle vibrazioni

• Componente di frequenza di linea elevata 2×
• Confronta l'ampiezza con la linea di base
• Distinguere dal 2× meccanico (disallineamento) in base alla frequenza (120/100 Hz vs. 2× velocità di corsa)

Monitoraggio termico

• Misurare le temperature degli avvolgimenti o la temperatura del telaio del motore
• Squilibrio di temperatura tra le fasi
• Temperatura complessiva superiore a quella prevista per il carico

Metodi di correzione

Per lo squilibrio dal lato dell'offerta

• Contattare l'azienda di servizi in caso di squilibrio all'ingresso del servizio
• Controllare e serrare tutti i collegamenti nel sistema di distribuzione
• Verificare che i fusibili e gli interruttori automatici siano intatti
• Bilanciare i carichi monofase su tre fasi
• Controllare le impostazioni della presa del trasformatore

Per problemi lato motore

• Controllare e pulire i collegamenti dei terminali del motore
• Verificare che i collegamenti dei cavi siano ben saldi e puliti
• Test per guasti agli avvolgimenti (resistenza di isolamento, analisi della firma di corrente)
• Riavvolgere o sostituire il motore se il guasto interno è confermato

Declassamento

• Se non è possibile correggere lo squilibrio, ridurre il carico del motore
• NEMA raccomanda un declassamento di 1% per ogni squilibrio di tensione di 1% oltre 1%
• Monitorare attentamente la temperatura

Prevenzione e monitoraggio

Installazione

• Verificare il bilanciamento della tensione ai terminali del motore prima di alimentarlo
• Utilizzare conduttori di dimensioni adeguate (ridurre al minimo la caduta di tensione)
• Assicurarsi che tutti i collegamenti siano puliti e ben serrati
• Verificare il corretto collegamento del motore (stella vs. triangolo)

Operazione

• Misurazione periodica di tensione e corrente
• Tendenza a rilevare problemi in via di sviluppo
• Monitorare fusibili bruciati o interruttori scattati
• Indagini sulla qualità dell'energia in strutture con problemi ricorrenti ai motori

Lo squilibrio elettrico è un problema comune ma spesso trascurato nei motori, che influisce in modo significativo sulla salute, l'efficienza e la longevità del motore. Comprendere la relazione tra squilibrio di tensione e squilibrio di corrente, riconoscere la firma di vibrazione a frequenza di linea 2x e mantenere un'alimentazione elettrica bilanciata attraverso un'installazione e un monitoraggio adeguati sono essenziali per prestazioni e affidabilità ottimali del motore.

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