Entendre les classes de tensió: importància tipus i aplicacions en sistemes elèctrics

Què és una classe de tensió?

• Definició de classe de tensió:Les classes de tensió (o nivells de tensió) es refereixen a un conjunt de tensions nominalitzades estandarditzades utilitzades en sistemes elèctrics i equipaments. Una tensió nominal és la tensió a la qual l'equipament està dissenyat per funcionar en condicions normals; essencialment, una classe de tensió defineix el rang de tensió de treball previst per a un sistema o dispositiu.

• Analogia amb electrodomèstics de consum:Els electrodomèstics de casa (p. ex., neveres, televisions) funcionen a una tensió nominal, típicament 220 V, i podrien no funcionar correctament o patir danys si se'ls proporciona una tensió significativament més alta o més baixa. De manera similar, l'equipament dels sistemes elèctrics ha de funcionar dins de la seva classe de tensió designada per assegurar un rendiment fiable.

Importància de la classificació de nivells de tensió

• Estandarització:Les classes de tensió unificades proporcionen un marc clar per al disseny, fabricació i manteniment d'equipaments. Dispositius de diferents fabricants que admeten la mateixa classe de tensió poden interoperar sense problemes, millorant l'intercanviabilitat i simplificant la gestió del sistema.

• Eficiència:La selecció de nivells de tensió adequats minimitza les pèrdues de transmissió. Per a una transferència de potència donada, tensions més altes reduïxen la corrent, així reduint les pèrdues I²R en els conductors i millorant l'eficiència general des de la generació fins a l'ús final.

• Seguretat i fiabilitat:Una clara delimitació de les classes de tensió assegura que els requisits d'aislament i les mesures protectories coincideixin amb l'estress de tensió, prevenint sobrecàrregues o circuits curts deguts a tensions incompatibles i protegint el personal i l'equipament.

• Facilitar l'evolució tecnològica:Els nivells de tensió ben definits permeten a la xarxa adaptar-se a la creixent demanda d'energia i a les noves tecnologies (p. ex., generació distribuïda, xarxes intel·ligents). Això suporta la integració d'energies renovables, emmagatzematge d'energia i controls avançats, mentre es manté la estabilitat i la resiliència.

Classes de tensió comunes

• Tensió de seguretat (≤36 V):Utilitzada en aplicacions crítiques per a la seguretat: 24 V per a eines tàctils, 12 V per a l'enllumenat en mines, ≤6 V per a endoscòpis mèdics. En entorns especials (p. ex., piscines) sovint s'utilitza 12 V; els juguetes per a nens utilitzen ≤6 V. Cal complir amb GB/T 3805-2008, incloent transformadors d'isolament de seguretat, bateries, doble aïllament i temps de funcionament d'emergència d'il·luminació de 72 hores.

• Baixa tensió (220 V/380 V):Forma la xarxa de distribució de baixa tensió tri-fàsica amb quatre fils (220 V entre fase i neutre, 380 V entre fases) amb una tolerància de ±7% segons GB/T 12325. Europa utilitza 230/400 V; Japó utilitza 100/200 V. La protecció inclou DRP de 30 mA, interruptors contra sobrecàrrega i curtcircuït (capacitat de ruptura ≥6 kA) i terra TN-S (conductor PE aïllat, resistència de terra ≤4 Ω).

• Mitjana tensió (10 kV–35 kV):10 kV és comú per a la distribució urbana (capacitat de corrent del cablat ~300 A/km); 35 kV per a alimentacions suburbanes o industrials. IEEE 1547 limita la interconnexió de la generació distribuïda a ≤35 kV, requerint una regulació de tensió de ±10% per a plantes fotovoltaiques.

• Alta tensió (110 kV–220 kV):Econòmic per a la transferència massiva d'energia: 110 kV maneja 50–100 MW (p. ex., amb conductors LGJ-240); 220 kV maneja 200–500 MW. Les transformacions típiques de subestacions de 220 kV tenen una capacitat de 180 MVA amb una impedància de curtcircuït de 12%–14%.

• Molt alta i ultra-alta tensió (≥330 kV):Les línies CA de 500 kV transporten ~1000 MW de forma natural; les línies CC de ±800 kV manejen fins a 8000 MW (amb 6×720 mm² de conductors). Les línies UHV AC de 1000 kV tenen pèrdues <0,8‰ per km.

Base per a la determinació del nivell de tensió

• Normes nacionals:Els nivells de tensió de Xina derivan de GB/T 156-2017 ("Tensions estàndard") i GB/T 156-2007, alineats amb IEC 60038 però adaptats a les necessitats locals de la xarxa AC de 50 Hz.

• Distància de transmissió:Les tensions més altes són adequades per a distàncies més llargues: 0,4 kV per a la distribució local curta (<0,6 km); 1000 kV AC per a la transferència massiva ultra-larga (800–1500 km).

• Viabilitat tècnica:Avançar a tensions més altes requereix abordar reptes d'aislament, refredament i materials. L'equipament UHV utilitza aïlladors especialitzats i gestió tèrmica per a una operació segura i estable, amb I+D continu impulsant l'expansió de les classes de tensió.