Comprendere le classi di tensione: importanza tipi e applicazioni nei sistemi elettrici

Cos'è una Classe di Tensione?

• Definizione di Classe di Tensione:Le classi di tensione (o livelli di tensione) si riferiscono a un insieme di tensioni nominali standardizzate utilizzate nei sistemi elettrici e nelle apparecchiature. La tensione nominale è la tensione alla quale l'apparecchiatura è progettata per funzionare in condizioni normali; fondamentalmente, una classe di tensione definisce il range di tensione di lavoro previsto per un sistema o dispositivo.

• Analogia con gli Elettrodomestici:Gli elettrodomestici (ad esempio, frigoriferi, televisori) operano a una tensione nominale - tipicamente 220 V - e potrebbero malfunzionare o subire danni se forniti di tensioni significativamente superiori o inferiori. Analogamente, le apparecchiature dei sistemi elettrici devono operare all'interno della loro classe di tensione designata per garantire un funzionamento affidabile.

Importanza della Classificazione dei Livelli di Tensione

• Standardizzazione:Le classi di tensione unificate forniscono un quadro chiaro per la progettazione, la fabbricazione e la manutenzione delle apparecchiature. Dispositivi di diversi produttori che aderiscono alla stessa classe di tensione possono interagire senza problemi, migliorando l'intercambiabilità e semplificando la gestione del sistema.

• Efficienza:La scelta di livelli di tensione appropriati minimizza le perdite di trasmissione. Per una data trasferimento di potenza, tensioni più elevate riducono la corrente, diminuendo le perdite I²R nei conduttori e migliorando l'efficienza complessiva dalla generazione all'uso finale.

• Sicurezza e Affidabilità:Una chiara distinzione delle classi di tensione assicura che i requisiti di isolamento e le misure protettive siano in linea con lo stress da tensione, prevenendo sovraccarichi o cortocircuiti dovuti a tensioni non compatibili e proteggendo il personale e le apparecchiature.

• Facilitazione dell'Evoluzione Tecnologica:Livelli di tensione ben definiti consentono alla rete di adattarsi a una domanda di energia crescente e a nuove tecnologie (ad esempio, generazione distribuita, reti intelligenti). Sostengono l'integrazione di energie rinnovabili, stoccaggio di energia e controlli avanzati, mantenendo stabilità e resilienza.

Classi di Tensione Comuni

• Tensione di Sicurezza (≤36 V):Utilizzata in applicazioni critiche per la sicurezza: 24 V per utensili elettrici portatili, 12 V per l'illuminazione in miniera, ≤6 V per endoscopi medici. Ambienti speciali (ad esempio, piscine) spesso utilizzano 12 V; i giocattoli per bambini utilizzano ≤6 V. È richiesta la conformità alla norma GB/T 3805-2008, inclusi trasformatori isolanti, batterie, doppia isolazione e autonomia di illuminazione di emergenza di 72 ore.

• Bassa Tensione (220 V/380 V):Forma la rete di distribuzione a bassa tensione trifase quattro fili (220 V fase-neutro, 380 V fase-fase) con una tolleranza di ±7% secondo la norma GB/T 12325. L'Europa utilizza 230/400 V; il Giappone utilizza 100/200 V. Le protezioni includono DRCD da 30 mA, interruttori di sovraccarico/cortocircuito (capacità di interruzione ≥6 kA) e terra TN-S (conduttore PE isolato, resistenza di terra ≤4 Ω).

• Media Tensione (10 kV–35 kV):10 kV è comune per la distribuzione urbana (capacità di corrente del cavo ~300 A/km); 35 kV per linee suburbane/industriali. Lo standard IEEE 1547 limita l'interconnessione della generazione distribuita a ≤35 kV, richiedendo una regolazione di tensione di ±10% per le impianti fotovoltaici.

• Alta Tensione (110 kV–220 kV):Economica per il trasferimento di potenza di massa: 110 kV gestisce 50–100 MW (ad esempio, con conduttori LGJ-240); 220 kV gestisce 200–500 MW. Le tipiche trasformazioni in sottostazione a 220 kV hanno una potenza nominale di 180 MVA con un'impedenza di cortocircuito del 12%–14%.

• Altissima Tensione e Ultraltissima Tensione (≥330 kV):Le linee a 500 kV CA trasportano naturalmente ~1000 MW; le linee a ±800 kV CC gestiscono fino a 8000 MW (con 6×720 mm² di conduttori). Le linee UHV a 1000 kV CA hanno perdite <0,8‰ per km.

Basi per la Determinazione dei Livelli di Tensione

• Standard Nazionali:I livelli di tensione in Cina derivano dalle norme GB/T 156-2017 ("Tensioni Standard") e GB/T 156-2007, allineate con l'IEC 60038 ma adattate alle esigenze locali della rete AC a 50 Hz.

• Distanza di Trasmissione:Le tensioni più elevate sono adatte a distanze più lunghe: 0,4 kV per la distribuzione locale breve (<0,6 km); 1000 kV CA per il trasferimento massiccio ultra-lungo (800–1500 km).

• Fattibilità Tecnica:Il passaggio a tensioni più elevate richiede di affrontare sfide di isolamento, raffreddamento e materiali. Le apparecchiature UHV utilizzano isolatori specializzati e gestione termica per un funzionamento sicuro e stabile, con Ricerca e Sviluppo in corso che spinge verso l'espansione delle classi di tensione.