Zmiany wartości napięcia i ich wpływ na urządzenia i systemy

Wartość napięcia zasilającego ma istotny wpływ na prawidłową pracę różnego rodzaju odbiorników energii elektrycznej. Zmiany napięcia w zakresie zwykle dopuszczalnych ±10% jego wartości znamionowej są najczęściej niegroźne. Większe zapady i odchylenia mogą negatywnie wpływać na efektywność produkcji, ciągłość procesów biznesowych, a także powodować obniżenie wydajności zatrudnionego w danym obiekcie personelu obsługi. W praktyce wartość napięcia zmienia się w sposób ciągły, w zależności od warunków eksploatacyjnych i obciążenia sieci elektroenergetycznej. Obowiązujące normy i przepisy odnoszą się zwykle do zmian napięcia w zakresie dobowym, a nie jego wartości chwilowych.

Wpływ zmian napięcia na odbiorniki energii elektrycznej przeanalizowano na przykładzie:

• źródeł światła stosowanych w systemach oświetleniowych;
• silników elektrycznych stosowanych w układach napędowych;
• przekształtników statycznych stosowanych w przetwornicach częstotliwości;
• sprzętu elektronicznego stosowanego w systemach informatycznych;
• innych urządzeń elektrycznych.

W przypadku źródeł światła stosowanych w systemach oświetleniowych każda zmiana wartości napięcia zasilającego powoduje zmianę strumienia świetlnego. Obniżenie napięcia o 10% powoduje, że strumień świetlny osiąga dla lamp żarowych jedynie ~70% (~80% dla lamp wyładowczych). Podwyższenie napięcia o 10% powoduje, że strumień świetlny osiąga dla lamp żarowych aż ~140% (~120% dla lamp wyładowczych). Wpływ zmian napięcia na źródła światła może nie być zauważalny w procesie widzenia ale częste zapady i odchylenia napięcia (a przede wszystkim jego wahania) mogą doprowadzić do nasilającego się odczucia zmęczenia i pogorszenia samopoczucia (na skutek tak zwanego „migotania światła”). Ponadto, stałe utrzymywanie się napięcia źródeł światła na poziomie kilku-kilkudziesięciu procent powyżej jego wartości znamionowej często skutkuje zauważalnym skróceniem czasu przydatności do eksploatacji.

W przypadku silników elektrycznych stosowanych w układach napędowych, każda zamiana wartości napięcia zasilającego powoduje zmianę momentu obrotowego. Obniżenie napięcia o 10% powoduje, że moment obrotowy osiąga jedynie ~80%. Podwyższenie napięcia o 10% powoduje, że moment obrotowy osiąga aż ~120%. Stałe utrzymywanie się napięcia silników elektrycznych na poziomie kilku-kilkudziesięciu procent poniżej lub powyżej jego wartości znamionowej często skutkuje niepożądanym i co najmniej kłopotliwym zadziałaniem zabezpieczeń. Częste zapady i odchylenia napięcia (a przede wszystkim wahania napięcia) mogą doprowadzić do wzmożonych drgań mechanicznych. Ponadto, obniżenie napięcia silników elektrycznych skutkuje zauważalnym zmniejszeniem prędkości obrotowej i zwiększeniem wartości pobieranego prądu, co w skrajnym przypadku prowadzi do przegrzania – skrócenia żywotności izolacji uzwojeń i izolacji pomiędzy blachami obwodów magnetycznych.

W przypadku przekształtników statycznych stosowanych w przetwornicach częstotliwości (przede wszystkim tych sterowanych fazowo ze stabilizacją parametrów po stronie magistrali prądu stałego) zmiany wartości napięcia zasilającego mogą spowodować zmniejszenie współczynnika mocy. Mogą spowodować także zwiększoną generację harmonicznych (składowych przebiegu czasowego o częstotliwości będącej całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawowej) i interharmonicznych (składowych przebiegu czasowego o częstotliwości niebędącej całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawowej).

W przypadku sprzętu elektronicznego stosowanego w systemach informatycznych, zmiany wartości napięcia zasilającego mogą spowodować brak transmisji sygnałów lub błędy w ich przekazie oraz utratę synchronizacji dysków twardych (elementów odpowiedzialnych za przechowywanie danych). Urządzenia IT (ang. Information Technology) są generalnie bardzo wrażliwe na różnego rodzaju problemy zarówno z jakością energii elektrycznej jak i ciągłością jej dostaw.

W przypadku innych urządzeń elektrycznych, takich jak np. urządzenia do elektrolizy, zmiany wartości napięcia zasilającego mogą spowodować zmniejszenie wydajności procesu technologicznego i doprowadzić do zauważalnego skrócenia czasu ich przydatności do eksploatacji. Z kolei zmiany wartości napięcia pieca łukowego (przykładowe urządzenie elektrotermiczne) mogą spowodować wydłużenie procesu wytopu.

Przyczyna powstawania zakłóceń w pracy urządzeń i systemów (którą mogą być np. zmiany wartości napięcia), powinna być niezwłocznie zdiagnozowana. W wielu przypadkach, zastosowanie odpowiednich środków zaradczych eliminujących lub minimalizujących wspomniane zakłócenia wymaga dogłębnej analizy. Zapraszamy do kontaktu.