Calo di tensione vs. sottotensione: quale problema può risolvere uno stabilizzatore di tensione?

A stabilizzatore di tensione È progettato principalmente per correggere sottotensioni e sovratensioni continue. Può inoltre essere d'aiuto in caso di cali di tensione moderati, purché la caduta di tensione rimanga entro il suo intervallo di correzione in ingresso e duri abbastanza a lungo da consentire la regolazione. Tuttavia, cali di tensione molto brevi o gravi potrebbero richiedere una protezione aggiuntiva, come un UPS, un dispositivo di ripristino dinamico della tensione o un condizionatore di rete.

Raramente la tensione elettrica rimane esattamente al valore nominale per tutta la giornata. Gli impianti industriali, gli edifici commerciali e le fabbriche devono spesso affrontare problemi legati alla qualità dell'energia elettrica che possono interrompere la produzione, danneggiare le apparecchiature o ridurre l'efficienza operativa.

Due problemi comuni sono calo di tensione e sottotensione. Questi termini vengono talvolta utilizzati in modo intercambiabile, ma descrivono condizioni elettriche diverse. Comprendere la differenza è importante quando si sceglie un stabilizzatore di tensione, regolatore di tensione automatico, o altri dispositivi di protezione dell'alimentazione.

Che cos’è un calo di tensione?

A calo di tensione, detto anche calo di tensione, è una riduzione di breve durata della tensione RMS.

Secondo la terminologia IEEE relativa alla qualità dell'energia, per “calo di tensione” si intende generalmente una diminuzione della tensione fino a Da 10% a 90% di tensione nominale per un periodo a partire da Da 0,5 ciclo a un minuto.

Tra le cause più comuni figurano:

• Avviamento di motori di grandi dimensioni
• Trasformatore messa sotto tensione
• Guasti da cortocircuito
• Operazioni di cambio di fornitore di servizi
• Carichi industriali pesanti
• Variazioni improvvise della domanda di energia elettrica

Ad esempio, un impianto a 400 V potrebbe subire un breve calo a 300 V per diverse centinaia di millisecondi prima di tornare alla normalità.

Poiché il calo di tensione si verifica rapidamente, l'illuminazione potrebbe lampeggiare solo per un istante. Tuttavia, apparecchiature sensibili quali macchine CNC, sistemi PLC, dispositivi medici, convertitori di frequenza (VFD) e apparecchiature dei data center potrebbero spegnersi, riavviarsi o attivare degli allarmi.

Che cos’è la sottotensione?

Sottotensione è una condizione di lunga durata in cui la tensione di alimentazione rimane al di sotto del livello nominale per più di un minuto.

A differenza del calo di tensione, la sottotensione non è solitamente un disturbo momentaneo. Può protrarsi per diversi minuti, diverse ore o addirittura diventare un problema operativo quotidiano nelle aree in cui la rete elettrica è debole.

Tra le cause più comuni figurano:

• Reti di distribuzione sovraccariche
• Lunga distanza di trasmissione o di alimentazione
• Cavi sottodimensionati
• Scarsa capacità della rete elettrica pubblica
• Domanda di energia nelle ore di punta
• Impostazioni errate delle prese del trasformatore
• Carichi industriali pesanti collegati nelle vicinanze

Esempio:

Articolo	Valore
Tensione nominale	400V
Tensione effettiva	340 V
Durata	Diverse ore
Condizione	Sottotensione continua

Questo problema di bassa tensione persistente può indurre i motori ad assorbire una corrente maggiore, con conseguente surriscaldamento, riduzione dell'efficienza, invecchiamento dell'isolamento, funzionamento instabile della macchina e riduzione della durata delle apparecchiature.

Calo di tensione e sottotensione: differenze fondamentali

Caratteristica	Calo di tensione	Sottotensione
Durata	Da 0,5 ciclo a 1 minuto	Più di 1 minuto
Andamento della tensione	Calo improvviso di tensione	Tensione bassa continua
Ripresa	Di solito si riprende in fretta	Di solito rimane in vigore fino a quando le condizioni della rete non migliorano
Cause comuni	Avviamento del motore, guasti, commutazione	Rete elettrica carente, sovraccarico, linea di alimentazione troppo lunga, cavo sottodimensionato
Impatto principale	Interruzione, ripristino e spegnimento delle apparecchiature	Surriscaldamento, calo delle prestazioni, sollecitazioni sulle apparecchiature
Funzione dello stabilizzatore di tensione	Aiuta solo in alcuni casi	Soluzione principale in numerose applicazioni
Altra possibile soluzione	UPS, DVR, stabilizzatore di tensione	AVR o stabilizzatore di tensione

La differenza principale è durata. Il calo di tensione è breve e improvviso. La sottotensione è continua e più stabile, ma comunque dannosa.

E per quanto riguarda i picchi di tensione?

I problemi relativi alla qualità dell'energia non si limitano alle cadute di tensione.

A picco di tensione è il contrario del calo di tensione. Si verifica quando la tensione supera il range normale per un breve periodo. In molte pubblicazioni sulla qualità dell’energia, il picco di tensione viene comunemente descritto come un aumento della tensione al di sopra di 110% di tensione nominale per un breve periodo.

Tra le cause più comuni figurano:

• Rimozione improvvisa del carico
• Impostazioni errate delle prese del trasformatore
• Guasti su una sola linea verso terra
• Commutazione del banco di condensatori
• Fluttuazioni di tensione sul lato rete

Una tensione eccessiva può danneggiare o ridurre la durata di:

• Alimentatori
• Componenti elettronici
• Illuminazione a LED
• Pannelli di controllo
• Inverter di frequenza
• Apparecchiature di produzione sensibili

Uno stabilizzatore di tensione automatico scelto in modo adeguato è in grado di regolare sia la tensione di ingresso bassa che quella alta, contribuendo a mantenere una tensione di uscita stabile entro il proprio intervallo di correzione nominale.

Uno stabilizzatore di tensione può risolvere il problema delle cadute di tensione?

La risposta dipende da quanto è marcata la caduta di tensione, quanto dura e se rimane entro il campo di correzione in ingresso dello stabilizzatore.

Uno stabilizzatore di tensione può essere utile quando:

• La caduta di tensione è moderata
• La durata della flessione è sufficientemente lunga da consentire la regolazione
• La tensione di ingresso rimane entro l'intervallo nominale dello stabilizzatore
• L'apparecchiatura collegata richiede una tensione stabile per funzionare in modo continuo

Ad esempio, se uno stabilizzatore trifase è progettato con un intervallo di ingresso pari a da 304 V a 456 V e un risultato pari a 380 V ±11 TP3T, potrebbe correggere molte fluttuazioni di tensione moderate all'interno di tale intervallo.

Tuttavia, se la tensione subisce un calo drastico per pochi millisecondi, anche uno stabilizzatore veloce potrebbe non reagire con sufficiente rapidità. In questo caso, apparecchiature quali un UPS, Ripristino dinamico della tensione, oppure potrebbe essere necessario un condizionatore di rete dedicato.

Pertanto, uno stabilizzatore di tensione può ridurre l'impatto di alcuni cali di tensione, ma non dovrebbe essere considerato l'unica soluzione per ogni calo di tensione di breve durata.

Uno stabilizzatore di tensione può risolvere il problema della sottotensione?

Sì. La sottotensione prolungata è uno dei principali problemi che gli stabilizzatori automatici di tensione sono progettati per risolvere.

Quando la tensione di rete rimane al di sotto del livello nominale, pur rientrando nell'intervallo di ingresso dello stabilizzatore, quest'ultimo aumenta automaticamente la tensione e fornisce un'uscita stabile al carico collegato.

Tra i principali vantaggi figurano:

• Riporta la tensione a un valore più vicino a quello nominale
• Riduce il rischio di surriscaldamento del motore
• Migliora la stabilità della produzione
• Aiuta a proteggere le apparecchiature elettriche sensibili
• Riduce i fermi macchina indesiderati causati da bassa tensione
• Garantisce un funzionamento più affidabile dell'impianto

Per gli stabilimenti che operano in aree caratterizzate da una tensione di rete instabile, un sistema opportunamente selezionato stabilizzatore di tensione industriale o regolatore di tensione automatico trifase può rappresentare una soluzione efficace per i problemi ricorrenti legati alla bassa tensione.

Settori comunemente interessati da cali di tensione e sottotensione

Molte applicazioni industriali e commerciali richiedono una tensione stabile per garantire un funzionamento affidabile.

Tra le applicazioni tipiche figurano:

• Stabilimenti produttivi
• Centri di lavorazione CNC
• Fabbriche tessili
• Attrezzature per la stampa
• Macchine per lo stampaggio a iniezione di materie plastiche
• Ospedali e laboratori
• Centri dati
• Produzione di semiconduttori
• Linee di lavorazione alimentare
• Macchine per l'imballaggio
• Ascensori e compressori
• Siti minerari e cantieri edili

In queste applicazioni, una tensione instabile non influisce solo sulle prestazioni delle apparecchiature, ma può anche causare perdite di produzione, costi di manutenzione, ritardi nelle consegne e problemi di qualità.

Come scegliere lo stabilizzatore di tensione giusto

La scelta di uno stabilizzatore di tensione non dipende solo dalla potenza nominale. Il modello più adatto dipende dalle condizioni della tensione di ingresso, dal tipo di carico, dalla velocità di risposta richiesta, dalle funzioni di protezione e dall'ambiente di installazione.

Intervallo di tensione in ingresso

Più ampio è l'intervallo di correzione in ingresso, migliore sarà la capacità dello stabilizzatore di gestire condizioni di rete instabili.

Prima di scegliere uno stabilizzatore, è opportuno misurare l'effettivo intervallo di tensione nel corso del tempo. Se la tensione di rete scende spesso al di sotto dell'intervallo di ingresso nominale dello stabilizzatore, un modello standard potrebbe non essere sufficiente.

Tipo di carico

Carichi diversi richiedono modelli di stabilizzatori diversi.

Tra i tipi di carico più comuni figurano:

• Motori a induzione
• Compressori
• Macchine CNC
• Sistemi VFD
• Apparecchiature mediche
• Pannelli di controllo
• Apparecchiature elettroniche sensibili

I carichi motorizzati richiedono solitamente particolare attenzione alla corrente di avviamento. I componenti elettronici sensibili potrebbero richiedere una risposta più rapida e una maggiore precisione di tensione.

Velocità di risposta

Gli stabilizzatori di tensione statici offrono solitamente una risposta più rapida rispetto a stabilizzatori di tensione per servi. Vengono spesso utilizzati in situazioni in cui la tensione varia rapidamente e le apparecchiature collegate sono più sensibili.

Gli stabilizzatori di tensione servoassistiti sono ampiamente utilizzati per carichi industriali che richiedono una regolazione continua della tensione, un'elevata capacità e un funzionamento economicamente vantaggioso.

Scelta della capacità

Uno stabilizzatore non dovrebbe essere scelto solo in base alla potenza nominale delle apparecchiature collegate. Occorre tenere conto anche delle caratteristiche del carico, della corrente di avviamento, del fattore di potenza e di eventuali espansioni future.

In molte applicazioni industriali, lasciare Capacità inutilizzata da 20% a 30% È consigliabile, soprattutto quando sono coinvolti motori, compressori o impianti di produzione.

Funzioni di protezione

Tra le funzioni di protezione utili possono figurare:

• Protezione da sovratensione
• Protezione da sottotensione
• Protezione da sovraccarico
• Protezione da cortocircuito
• Protezione contro i guasti di fase
• Protezione della sequenza di fase
• Protezione contro le sovratensioni
• Funzione di bypass

Il livello di protezione richiesto deve essere adeguato al rischio associato all'applicazione e all'ambiente elettrico.

Servostabilizzatore di tensione vs. stabilizzatore di tensione statico

Caratteristica	Stabilizzatore di tensione del servo	Stabilizzatore di tensione statico
Metodo di regolazione	Regolazione basata su servomotore e trasformatore	Regolazione elettronica di potenza, come IGBT o SCR
Velocità di risposta	Medio	Molto veloce
Precisione della tensione	Di solito intorno a ±1%, a seconda del modello	In genere da circa ±0,51 TP3T a ±11 TP3T, a seconda del modello
Manutenzione	Bassa, ma le parti meccaniche richiedono controlli periodici	Molto basso, con un numero ridotto di componenti mobili
Applicazione tipica	Attrezzature industriali, stabilimenti, motori, correzione della tensione in generale	Apparecchiature di precisione, componenti elettronici sensibili, rapide fluttuazioni di tensione
Livello dei costi	Di solito è più conveniente per grandi capacità	Di solito più costoso a parità di capacità

Entrambe le tipologie possono rivelarsi utili. La scelta giusta dipende dalla sensibilità al carico, dall'andamento delle fluttuazioni di tensione, dalla precisione richiesta e dal budget a disposizione.

Tendenze di mercato nella regolazione della tensione industriale

Man mano che le fabbriche diventano sempre più automatizzate, la stabilità della tensione assume un’importanza sempre maggiore.

Le moderne linee di produzione utilizzano spesso PLC, convertitori di frequenza, macchine CNC, robot, sensori e sistemi di controllo digitali. Questi sistemi possono essere più sensibili alle fluttuazioni di tensione rispetto alle apparecchiature meccaniche tradizionali.

La diffusione delle fabbriche intelligenti, dell’automazione industriale, dell’integrazione delle energie rinnovabili e dei data center sta determinando un aumento della domanda di sistemi di regolazione della tensione più affidabili.

Gli stabilizzatori di tensione moderni possono includere:

• Controllo digitale
• Monitoraggio remoto
• Registrazione degli eventi
• Uscita di allarme guasto
• Diagnostica automatica
• Interfaccia di comunicazione
• Funzioni di bypass e di protezione

Per gli acquirenti del settore industriale, l'attenzione non è più rivolta esclusivamente alla correzione della tensione. Anche l'affidabilità a lungo termine, le prestazioni in termini di risposta, l'assistenza post-vendita e la possibilità di personalizzazione rappresentano fattori importanti nella scelta di acquisto.

FAQ

Conclusione

Sia il calo di tensione che la sottotensione comportano una riduzione della tensione, ma non si tratta dello stesso problema. Il calo di tensione è breve e improvviso, mentre la sottotensione è una condizione di bassa tensione prolungata.

Uno stabilizzatore di tensione automatico scelto in modo adeguato è particolarmente efficace in caso di sottotensione continua e di fluttuazioni generali di tensione. Può inoltre essere d’aiuto in caso di cali di tensione moderati, purché questi rimangano entro il campo di ingresso e la capacità di risposta dello stabilizzatore. Per cali di tensione estremamente brevi o gravi, potrebbero essere necessarie protezioni aggiuntive, quali un UPS o un DVR.

Per fabbriche, edifici commerciali, centri dati e impianti industriali, la scelta della giusta soluzione di regolazione della tensione può ridurre i tempi di inattività, proteggere le apparecchiature e migliorare la stabilità operativa.

ZHENGXI Electric fornisce stabilizzatori di tensione servoassistiti personalizzati, stabilizzatori di tensione statici e regolatori di tensione automatici trifase per applicazioni industriali. Se il vostro impianto è soggetto a cali di tensione, sottotensione o instabilità della tensione di rete, comunicate al nostro team di ingegneri l’intervallo di tensione in ingresso, il tipo di carico, la potenza nominale e i requisiti applicativi, affinché possa proporvi una soluzione adeguata.

Suggerimenti per riferimenti esterni

• Terminologia IEEE relativa alla qualità dell'energia elettrica e definizione di calo di tensione
• Riferimenti IEC sulla qualità dell'energia e sulla compatibilità di tensione
• Linee guida sulla qualità dell'energia fornita dalla rete elettrica, ove applicabili