Caduta di tensione di linea: cosa, perché, come e fatti dettagliati


Questo articolo descrive la caduta di tensione di linea e le sue caratteristiche. La tensione di linea è la differenza di potenziale tra due fasi o linee in un sistema polifase. L'elevata resistenza è il motivo principale alla base della caduta di tensione di linea.

La caduta di tensione diventa un fattore cruciale in caso di cavi lunghi o linee di trasmissione. Un'eccessiva caduta di tensione di linea può danneggiare gli apparecchi elettrici, danneggiarli e ridurne la durata. Per ridurre al minimo la caduta di tensione di linea, un modo efficiente per aumentare la dimensione o il diametro del conduttore che riduce la resistenza complessiva della linea. 

Che cos'è la caduta di tensione nella linea di trasmissione?

L'impedenza nella linea di trasmissione è il motivo principale della caduta di tensione su di essa. L'impedenza genera dalla linea di trasmissione parametri come resistenza, induttanza, capacità e conduttanza shunt. 

I quattro parametri della linea di trasmissione si sommano per fornire l'impedenza al flusso di corrente e quindi la caduta di tensione si verifica sull'intera lunghezza della linea di trasmissione. A carico zero, la caduta di tensione su entrambe le estremità è uguale. Sotto carico, se la caduta di tensione aumenta, la tensione all'estremità ricevente della linea diminuisce e viceversa. 

La centrale elettrica di Lethaba
Linea di trasmissione; Credito immagine: Flickr

Quali sono le cause della caduta di tensione di linea?

La caduta di tensione di linea è il risultato di molteplici fattori presenti nella linea di trasmissione. Carico eccessivo, collegamenti ridondanti, maggiore resistenza del conduttore, ecc. sono responsabili della caduta di tensione di rete.

I due motivi principali della caduta di tensione di linea sono: 

  1. Caduta di tensione in linea dovuta alla reattanza induttiva: è quasi 10 volte superiore alla caduta di tensione della resistenza di linea generale.
  2. Caduta di tensione causata da un'elevata resistenza di linea: è nominale rispetto al reattanza induttiva caduta di tensione.

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Formula caduta di tensione di linea?

Ci sono due diverse formule per calcolo della caduta di tensione in monofase e trifase. Nel caso di un sistema monofase, è presente una sola linea di alimentazione. Nel caso di un sistema trifase, ci sono tre linee elettriche.

La caduta di tensione di linea per monofase è – [Latex] V_{drop} = \frac{2\times Z\times I\times L} {1000} [/Latex]

La caduta di tensione di linea per la trifase è – [Latex] V_{drop} = \frac{√3\times Z\times I\times L} {1000} [/Latex]

Dove, Z = Impedenza della linea 

I = Corrente di carico

L = Lunghezza in piedi (diviso per 1,000 poiché i valori di impedenza standard sono dati per ogni 1,000 piedi)

FAQ

Grafico caduta di tensione di linea

È consentita una caduta di tensione massima del 3% attraverso il cavo di qualsiasi materiale. Ecco il grafico della caduta di tensione del 3% nel collegamento monofase per 110 volt- 

Immagine crediti: Pinterest

Resistenza di caduta della tensione di linea

Sebbene ogni resistore perda il potenziale quando la corrente lo attraversa, un resistore di caduta è un'apparecchiatura specifica utilizzata per ridurre la tensione. È collegato in serie con il carico per ridurre la tensione di carico.

L'unico scopo dell'utilizzo di un resistore di caduta della tensione di linea è fornire al circuito una resistenza aggiuntiva. La caduta di tensione può essere calcolata semplicemente utilizzando la legge di ohm generale.

Caduta di tensione della linea aerea 

Una linea aerea è un cavo elettrico che trasmette energia elettrica su grandi aree o in locomotive elettriche. Generalmente le linee aeree sono più alte caduta di tensione rispetto ai cavi sotterranei. 

Nelle linee aeree, l'induttanza è molto più alta dell'induttanza dei cavi interrati isolati. Quando la caduta di tensione aumenta con l'induttanza, si verifica una caduta di tensione maggiore nelle linee aeree della stessa lunghezza. Inoltre, la maggiore distanza tra i conduttori provoca un calo di tensione nelle linee aeree. 

Calcolo della caduta di tensione della linea aerea

La caduta di tensione della linea aerea può essere ottenuta con un metodo esatto o approssimativo. In quest'ultimo, Caduta di tensione [Latex] V_{d} = IR\cos \theta + IX\sin \theta [/Latex] dove I= corrente di linea, R= resistenza X= reattanza e theta è l'angolo di fase.

Nel metodo esatto, un'altra quantità Es oppure viene aggiunta la tensione della sorgente. Quindi l'esatta caduta di tensione di linea [Latex] V_{d} = E_{s}+ IR\cos \theta + IX\sin \theta + \sqrt{ E_{s}^{2} – \left ( IX\cos \ theta – IR\sin \theta \right )^{2}} [/Latex]. Cosθ e peccatoθ sono anche noti rispettivamente come fattore di potenza e fattore reattivo del carico. 

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Caduta di tensione della linea del condensatore

I conduttori presenti nella linea di trasmissione formano un condensatore che funge da piastre parallele e l'aria funge da mezzo dielettrico. La capacità dipende dalla lunghezza della linea e amplifica la corrente nelle linee. 

La capacità nella linea di trasmissione dipende dalla forma, dalle dimensioni e dalla separazione tra i conduttori. Poiché la capacità è inversamente proporzionale alla tensione, una capacità minore produrrà una maggiore caduta di tensione attraverso la linea di trasmissione. Allo stesso modo, un valore di capacità elevato risulterà in una bassa caduta di tensione. 

Caduta di tensione della linea di alimentazione

Le linee di alimentazione sono la combinazione di lunghi fili elettrici e le strutture che li supportano per la trasmissione di energia elettrica. 

Molti fattori come il carico, i troppi conduttori, l'elevata resistenza ecc. inducono la caduta di tensione nella linea di alimentazione. Per un circuito derivato o un alimentatore singolarmente, la caduta di tensione consigliata nei conduttori è al massimo del 3%. La caduta di tensione combinata dei due non deve superare il livello del 5%.

Caduta di tensione della reattanza di linea

Un reattore di linea è un componente elettrico (fondamentalmente un induttore) che può essere utilizzato per proteggere i dispositivi a semiconduttore come i convertitori di frequenza e altri dispositivi da transitori, sovratensioni e picchi di potenza. 

La percentuale indicata nella reattanza di linea non è la misura della caduta di tensione ai suoi capi. Poiché la reattanza è induttiva e la tensione è in fase con la corrente, la caduta di tensione è tangente alla corrente di linea. Quindi, se abbiamo un reattore di linea al 5%, la caduta di tensione su di esso potrebbe essere intorno al 2-3% della tensione totale.

Caduta di tensione del regolatore lineare

Un lineare regolatore di tensione è un dispositivo che mantiene una certa tensione. La tensione di ingresso in un regolatore lineare è sempre maggiore della tensione di uscita. Questa differenza di tensione fa funzionare il regolatore lineare. 

I regolatori lineari o step-down controllano una tensione impostata e forniscono energia elettrica al carico. La tensione regolata a volte appare diversa a causa della caduta di tensione verificatasi nelle linee interconnesse. La caduta di tensione dipende dalla resistenza o dall'impedenza netta tra il carico e il regolatore lineare.

Calcolo della caduta di tensione da linea a neutro

Per un sistema monofase, la tensione da linea a neutro è la tensione più bassa (generalmente 120 Volt). Questa è la tensione tra il neutro e una delle linee. La caduta di tensione da linea a neutro è un valore monofase di 2. 

Per un sistema elettrico trifase, possiamo trovare la linea a tensione di neutro utilizzando lo stesso processo. È la tensione più bassa (generalmente 277-347 Volt). Questa è la tensione tra il neutro e una delle tre linee di fase. La caduta di tensione da linea a neutro è il valore trifase di √3. 

Caduta di tensione di alimentazione lineare

Quando le linee utilizzano regolatori di alimentazione, regolano una tensione impostata per fornire energia elettrica al carico. In molti casi, il regolamentato la tensione è soggetta a fluttuazioni dovute alla caduta di tensione le linee. 

L'effetto di una corrente elevata sulla caduta di tensione è maggiore della corrente bassa. Se l'energia elettrica è suddivisa in base alla zona e al carico da fornire, si avrà una diminuzione della tensione tra la tensione controllata e la zona in cui è richiesta la potenza. Questa diminuzione di potenza dipende dalla resistenza che esiste tra il controller e il carico.

Perdita di linea vs caduta di tensione

La perdita di linea in una linea di trasmissione si riferisce alla perdita di potenza dovuta a varie perdite come perdita ohmica, perdita di rame, perdita dielettrica ecc. Caduta di tensione in un linea di trasmissione è la perdita di potenziale causata da tutti i fattori di impedenza.

Ecco una tabella di confronto dei motivi della perdita di linea e della caduta di tensione di linea-

Perdita di lineaCaduta di tensione
La perdita di I2R è la causa più significativa di perdita di linea. Uno dei principali fattori che contribuiscono alla caduta di tensione è la resistenza di linea. 
Le altre perdite responsabili sono- Perdita dielettrica e di conduttanzaPerdita corona nelle linee aeree ad alta tensionePerdita di radiazioni nelle linee ad alta frequenzaPerdita di induzione dovuta all'accoppiamento magnetico tra i fili. Anche la caduta di tensione causata dalla reattanza induttiva è cruciale in quanto è molto elevata. 

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Kaushikee Banerjee

Sono un appassionato di elettronica e attualmente dedito al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Il mio interesse sta nell'esplorare le tecnologie all'avanguardia. Sono uno studente entusiasta e mi occupo di elettronica open source. ID LinkedIn- https://www.linkedin.com/in/kaushikee-banerjee-538321175

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