Influence des écarts de tension sur le fonctionnement des récepteurs électriques

L'influence importante de la tension du secteur sur le fonctionnement des consommateurs électriques nécessite de porter une grande attention au maintien de la tension aux bornes des consommateurs proche de la tension nominale. La tension fournie aux consommateurs est l'une des indicateurs de qualité de l'alimentation.

Les changements de tension secteur peuvent être classés comme suit :

1. Changements de tension lents qui se produisent généralement pendant le fonctionnement du réseau. Ces changements sont appelés écarts de tension... Les écarts de tension sont définis comme la différence entre la tension réelle aux bornes des consommateurs d'énergie et tension nominale… Les écarts de tension peuvent être négatifs ou positifs. Le premier correspond à la sous-tension par rapport à la valeur nominale, le deuxième — l'augmentation de la tension.

Les écarts de tension dans les réseaux électriques sont causés par des changements dans les charges du réseau, les modes de fonctionnement des centrales électriques, etc.

2. Changements rapides de tension dus à des défauts dans les systèmes électriques et à d'autres causes. Les exemples comprennent des courts-circuits, faire pivoter des machines, allumer et éteindre un des éléments de l'installation, etc. Des fluctuations rapides de tension sont provoquées.

Tout récepteurs d'énergie électrique sont conçus pour fonctionner à une tension nominale spécifique. Les écarts de tension par rapport à la tension nominale à leurs bornes entraînent une détérioration du fonctionnement des récepteurs électriques.

L'évolution des principales caractéristiques des lampes à incandescence en fonction de la tension à leurs bornes est donnée à la fig. 1.

Riz. 1. Caractéristiques des lampes à incandescence : 1 — flux lumineux, 2 — flux lumineux, 3 — durée de vie (chiffres en ordonnée pour les courbes 1 et 2).

Les courbes présentées montrent la grande influence de la tension sur les performances des lampes à incandescence. Par exemple, une diminution de tension de 5 % correspond à une diminution de 18 % du flux lumineux, et une diminution de tension de 10 % entraîne une diminution du flux lumineux de la lampe de plus de 30 %.

Une diminution du flux lumineux des lampes entraîne une diminution de l'éclairage du lieu de travail, ce qui entraîne une baisse de la productivité du travail et une détérioration des indicateurs de qualité.

Le mauvais éclairage des lieux de travail, des chemins, des rues, etc. augmente le nombre d'accidents avec des personnes. Les chutes de tension dégradent l'efficacité des lampes à incandescence. Réduire la tension de 10 % réduit l'efficacité lumineuse de la lampe (lm/m/W) ​​de 20 %.

Une augmentation de la tension secteur entraîne une augmentation de l'efficacité des lampes.Mais l'augmentation de la tension entraîne une forte diminution de la durée de vie des lampes. Avec une augmentation de 5% de la tension, la durée de vie des lampes à incandescence est réduite de moitié et avec une augmentation de 10% - plus de 3 fois.

Les lampes fluorescentes sont moins sensibles aux fluctuations de tension secteur. Des variations de tension de 1 % entraîneront une variation moyenne du flux lumineux de la lampe de 1,25 %.

Dans les appareils de chauffage domestiques (carreaux, fers à repasser, etc.), les éléments chauffants sont constitués de résistances actives. La puissance qu'ils donnent en fonction de la tension du secteur est exprimée par l'équation

P = I2R = U2/R

montre qu'une diminution de la tension du secteur entraîne une forte diminution de la puissance fournie par le dispositif de chauffage. Cette dernière entraîne une augmentation significative du temps de fonctionnement de l'appareil et une consommation excessive d'électricité pour la cuisson, etc.

Les caractéristiques de tous les autres appareils électroménagers dépendent également de la tension fournie. Lorsque la tension aux bornes des moteurs électriques change, le couple, la consommation électrique et la durée de vie de l'isolation des enroulements changent.

Les couples des moteurs à induction sont proportionnels au carré de la tension appliquée à leurs bornes. Si le couple moteur à tension nominale est pris égal à 100 %, alors à 90 % de tension, par exemple, le couple sera de 81 %. De fortes chutes de tension peuvent même provoquer le calage ou l'échec du démarrage des moteurs, entraînant des machines avec des conditions de démarrage difficiles (treuils, concasseurs, broyeurs, etc.).Insuffisant (les couples des moteurs électriques peuvent entraîner des défauts du produit, endommager les produits semi-finis, etc.)

Les dépendances de l'évolution de la puissance consommée par les moteurs électriques sur la tension pendant le mode de fonctionnement stationnaire du système sont appelées les caractéristiques statiques de la charge électrique des consommateurs.

Lorsque la tension diminue, la puissance active consommée par le moteur électrique diminue en raison d'une diminution du couple et de la glissement croissant.

Une augmentation du glissement entraîne une augmentation des pertes de puissance active dans le moteur. Lorsque la tension augmente, le glissement diminue et la puissance nécessaire pour entraîner le mécanisme augmente. La perte de puissance active dans le moteur électrique est réduite.

L'analyse montre que la charge résistive des moteurs électriques change de manière insignifiante lorsque la tension change, correspondant aux modes de fonctionnement normaux du système, et peut donc être supposée constante.

La variation de la charge réactive des moteurs électriques à partir de la tension dépend du rapport entre la puissance magnétisante réactive et la dissipation de puissance réactive des moteurs. La force de magnétisation réactive varie approximativement proportionnellement à la quatrième puissance de la tension. La dissipation de puissance réactive, en fonction du courant des moteurs électriques, varie de manière inversement proportionnelle à environ la puissance seconde de la tension.

Lorsque la tension chute par rapport à la valeur nominale (jusqu'à une certaine valeur), la charge réactive des moteurs électriques diminue toujours.Ceci s'explique par le fait que la puissance réactive magnétisante, qui représente jusqu'à 70 % de la puissance réactive totale consommée par le moteur électrique, décroît plus vite que la puissance réactive dissipée n'augmente.

Les dépendances de la consommation de puissance réactive sur la tension du réseau pour certains utilisateurs sont illustrées à la fig. 2. Ces courbes sont les caractéristiques statiques des charges électriques des consommateurs dans leur ensemble, c'est-à-dire en tenant compte de l'influence des transformateurs, de l'éclairage, etc. au dessus d'eux.

Riz. 2. Caractéristiques statiques des charges électriques : 1 — usine de papier, cosφ = 0,92, 2 — usine métallurgique, cosφ = 0,93, 3 — usine textile, cosφ = 0,77.

La courbe 1 de la papeterie est très raide. Plus la charge des moteurs est faible et plus leur facteur de puissance à tension nominale est élevé, plus la courbe de dépendance de la puissance réactive consommée à la tension du réseau est pentue. Réduction de la tension à long terme de 10 % aux bornes des moteurs électriques lorsqu'ils sont à pleine charge, en raison de la température plus élevée des enroulements, jusqu'à ce que l'isolation des moteurs s'use environ deux fois plus vite qu'à la tension nominale.