calitatea energiei.pdf

7/29/2019 calitatea energiei.pdf

1/66

UniversitateaTransilvaniaBraov Catedra UNESCO Studii de masteratManagementul calitii sistemelor electrotehnice

Prof.univ.dr.ing. Francisc SISAK 1 Calitatea energiei electrice

Cursul 1

1. Noiuni introductive1.1.Calitatea serviciului de alimentare cu energie electric

Cuvntul calitateprovine din latin qualis, care are nelesul de fel de a fi. Plecnd de laacest neles se cunosc peste 120 de definiii date conceptului decalitate, fr a se ajunge la unpunct de vedere comun. Un punct de vedere mai larg acceptat n definirea calitii l reprezintvaloarea de ntrebuinare, care reprezint totalitatea nsuirilor care fac ca un produs s fieutil omului. O norm francez definete calitatea ca aptitudinea unui produs sau serviciu de asatisface necesitile utilizatorilor.Calitatea oricrui produs sau serviciu reprezentnd o noiune extrem de complex, se impuneluarea n considerare a unui numr mare i variat de factori, dar n acelai timp noiunea trebuies sintetizeze acele caracteristici care, n raport cu specificul produsului sau serviciului, auponderi i semnificaii distincte.Calitatea serviciului de alimentare cu energie electric este determinat de urmtorii factori:

sigurana n funcionare a instalaiei, calitatea energiei electrice la punctul de delimitare dintre consumator i furnizor, compatibilitatea electromagnetic a instalaiilor cu mediul n care funcioneaz, n

punctul comun de racord.1.1.1. Sigurana n funcionarePrin siguran n funcionare (fiabilitate) se nelege aptitudinea unui dispozitiv sau a uneiinstalaii de a-i ndeplini funcia specificat n condiiile date, de-a lungul unei perioade dereferin date. Unii includ aici i conceptele decontinuitatei de serviabilitate.

Printre principalii indicatori care caracterizeaz sigurana n funcionare, respectiv continuitatean alimentarea cu energie electric a unui consumator, la punctul de delimitare de reeauafurnizorului, menionez:

numrul anual (mediu/maxim) de ntreruperi eliminate prin reparaii, respectiv prinmanevre,

durata medie a unei ntreruperi, durata maxim de restabilire, durata total medie de ntrerupere pe an.

Principalii factori care influeneaz continuitatea n alimentare a consumatorilor sunt: fiabilitatea fiecrui element care intr n instalaiile electrice de alimentare, configuraia schemei electrice i tratarea neutrului, caracteristicile proteciilor prin relee (sensibilitate, selectivitate, rapiditate, siguran nfuncionare), existena sistemelor automate de tip AAR, RARi DAS, calitatea exploatrii.

ntreruperile se pot clasifica dup durata lor , respectiv dup consecinele lor. n tabelul 1.1 suntprezentate cauzele i efectele ntreruperilor n alimentare i exemple de mijloace de asigurare acontinuitii n alimentare.


2/66



Tabelul 1.1Cauzele i efectele ntreruperilor n alimentare i mijloace de asigurare a continuitii n

alimentareNatur Origine Efecte Remedii

ntreruperi lungi(t>1min)

Furnizor: defectepermanente

Cauze: atmosferice,protecii

oprirea produciei,dezorganizarea produciei,

pierderi de produse,reducerea siguranei nfuncionare

Furnizor: o reea maidens, linii subterane,

detectoare de defecte peliniile aerieneClient: grupurielectrogene, dublalimentare, surse dealimentare nentrerupt(SAN)

ntreruperi scurte(1min>t>1s)

Furnizor: defectesemipermanente

Cauze: cicluri lente de RARpe LEA

similare cu cele de lantreruperi lungi,risc de distrugere aechipamentelor

Furnizor: similare celorde la ntreruperi lungiClient: AAR pe dublalimentare, SAN

Microntreruperi

(t


3/66



1.1.3.Compatibilitatea electromagnetic

ConformVocabularului Electrotehnic Internaional VEI,prin compatibilitate electromagneticse nelege aptitudinea unui aparat sau sistem de a funciona ntr-un mod satisfctor i fr a

produce perturbaii electromagnetice intolerabile pentru tot ce se afl ntr-un mediunatural/artificial.Utilizarea frecvent a electronicii de putere i a tehnicilor de comand complexe ridic tot maimulte probleme de compatibilitate, respectiv probleme de influen. Astfel deranjamentele careapar n instalaiile industriale pot fi adesea imputabile fenomenelor electromagnetice (n anul1989, n Germania, 28,7% din totalul cazurilor care au provocat pagube n instalaiile electrice s-au datorat deranjamentelor de natur electromagnetic).Mediul electromagnetic este determinat de ansamblul surselor de influenelectromagneticexistent ntr-un spaiu dat. Valorile care caracterizeaz mediul electromagnetic pot fi exprimatesub forma unor mrimi legate de curent i tensiune sau sub forma unor valori legate de cmp(densitatea fluxului magnetic, intensitatea cmpului electric sau magnetic).Sursele de influen electromagnetic pot fi:

naturale: fenomene atmosferice: trsnete, descrcri electrostatice, artificiale: fenomene care se produc n timpul exploatrii echipamentelor de producere,

transport i utilizare a energiei electrice, cum ar fi: proceselede anclanare i declanare, radiaia circuitelor, respectiv a conductoarelor, armonicile de joas frecven n reelele electrice, nesimetriile, schimbrile de potenial.

Influena instalaiilor electrice asupra mediului ambiant n care se afl (natural i artificial) semanifest prin diferite forme de poluare: chimic, acustic, electromagnetic. Dar problema nu

poate fi redus numai la aprarea mediului nconjurtor mpotriva polurii fiindc ea cuprinde iproblema asigurrii unui echilibru, pe de o parte, ntre viaa i activitatea oamenilori, pe de altparte, toate celelalte elemente vii i nensufleite ale globului.Din acest punct de vedere, cu ct un sistem electroenergetic va emite mai puine perturbaiiintolerabile pentru alte sisteme i, n ultima instan pentru mediul ambiant, cu att mai bun va ficalitatea serviciului de alimentare cu energie electric.Spre deosebire ns de alte sectoare de activitate, calitatea serviciului de furnizare a energieielectrice depinde nu numai de furnizor, ci i de toi utilizatorii racordai la aceeai reea electricntr-adevr, relaiile de compatibilitate, care apar n cadrul mediului artificial electromagnetic semanifest, pe de o parte, prin influena instalaiilor furnizorului asupra instalaiilorconsumatorilor, pe care i alimenteaz cu energie avnd variaii mai mari sau mai mici aleindicatorilor de calitate iar, pe de alt parte, prin influena perturbatoare pe care o exercit unelereceptoare ale consumatorilor asupra parametrilor i siguranei n funcionare a reelei furnizoare,capabil s deregleze funcionarea altor utilizatori cuplai la aceeai reea.

Perturbaiile i potavea originea n reeaua: furnizorului, datorndu-seunor incidente sau manevre greite, utilizatorului, datorit unor receptoare care funcioneaz cu ocuri, care produc

nesimetrii sau care polueaz reeaua cu armonici (receptoare deformante).


4/66



Perturbaiile electromagnetice pot fi clasificate dup mai multe criterii: dup frecven:

de joas frecven aceast categorie cuprinde, n mod convenional, toate tipurilede parazii, a cror gam de frecven este 1 MHz,

de nalt frecven: >1 MHz,

dup modul de propagare: conduse prin conductoarele reelei sunt perturbaii caracterizate prin curent idiferen de potenial,

radiate (n aer) sunt perturbaii caracterizate prin cmp electric i magnetic, dup durat:

permanente sau ntreinute afecteaz n special circuitele analogice, tranzitorii (aleatorii i periodice) afecteaz mai ales circuitele numerice.

n general, perturbaiile susceptibile s influeneze direct reeaua electric, deci calitatea energieifurnizate prin conductoare electrice consumatorilor, sunt perturbaiile de joas frecven produsede fluctuaii de frecven i tensiune, goluri de tensiune i microntreruperi, supratensiuniatmosferice, de comutaie.

Amplitudinea perturbaiilor este condiionat de puterea de scurtcircuit existent ntr-un anumitnod electric, acest indicator condiionnd compatibilitatea electromagnetic a echipamentelorperturbatoare n punctul comun de racord cu alte instalaii electrice.

ntre cei trei factori de care depinde calitatea serviciului de alimentare cu energie electricexistmultiple relaii de interdependen. n cele ce urmeaz vor fi abordate doar problemele care serefer la calitatea produsului furnizat consumatorilor, adic la calitatea energiei electrice.

2. Principalele cauze ale nrutirii calitii energiei electriceFurnizorii nu-i pot alimenta consumatorii cu energie electric de calitate ideal, pe de o parte,

datorit unor caracteristici constructive ale instalaiilor de care dispun, iar, pe de alt parte,datorit unor perturbaii, care apar n mod inerent n funcionarea sistemelor energetice; acesteapot afecta toate caracteristicile undei de tensiune: frecvena, amplitudinea, forma i simetria nsistemele trifazate.

2.1.Cauze care nrutesc calitatea frecvenei

n general, ncadrarea frecvenei sistemului energetic ntr-un domeniu admisibil din punct devedere calitativ este condiionat de meninerea unui echilibru ntre resursele de energie primarei consumul de energie electric a sistemului.La nivelul ansamblului instalaiilor sistemului energetic, la un moment dat pot exista situaii ncare echilibrul ntre cererea i oferta de putere nu poate fi meninut, datorit unor cauze cum ar fi:

ineria mare de rspuns a instalaiilor de producere, lipsa de agent primar, lipsa de capacitate n grupurile energetice etc.

n funcie de natura cauzei care a provocat acest dezechilibru, regimul normal de funcionarepoate fi restabilit relativ rapid sau se poate ajunge la un nou echilibru, n regim anormal defuncionare. Pe durata dezechilibrului, pn la finalizarea proceselor tranzitorii de valorificare arezervei calde sau pn la intrarea n funciune a grupurilor aflate n rezerv rece, turaia


5/66



rotoarelor i implicit frecvena sistemului are o evoluie descresctoare. Fenomenul provoacmodificarea tuturor proceselor de conversie a energiei, de la surse i pn la receptoare.Dac frecvena marilor reele interconectate se abate rar i relativ puin de valoarea nominal,calitatea tensiunii este n permanen supus unor aciuni perturbtoare, ndreptate att asupravalorii efective ct i asupra formei undei i simetriei sistemului trifazat de tensiuni.

2.2.Cauze ale variaiilor de tensiune

Prinvariaie de tensiune ntr-un punct al reelei, la un moment dat, se nelege diferena algebricdintre tensiunea de serviciu din acel punct i tensiunea nominal a reelei respective.Calitatea tensiunii se poate considera ideal n cazul n care n toate nodurile sistemului i n oricemoment, tensiunile pe fiecare din cele trei faze sunt funcii pur sinusoidale n timp, cu valoriefective constante i egale cu cea nominal i formeaz un sistem de secven direct.Nendeplinirea condiiilor ideale are la origine existena uneia sau a mai multora din urmtoarelesituaii:

variaii ale valorilor efective ale tensiunilor de faz de la valoarea nominal, care apar caurmare a unor cauze ce pot fi atribuite caracteristicilor tehnice ale instalaiilor sau unorperturbaii,

abateri de la forma pur sinusoidal a tensiunilor de faz, aprute ca urmare a prezeneiunor elemente cu caracter deformant.

Diferitele cauze care nrutesc calitatea tensiunii afecteaz toate caracteristicile undei detensiune: amplitudinea, valoarea efectiv, forma i simetria n sistemele polifazate. Cele maifrecvente i mai deranjante sunt ns perturbaiile de diferite forme i durate ale amplitudinii, carese pot suprapune la un moment dat, conducnd la un proces complex de variaie a tensiuniireelelor electrice.n literatura de specialitate variaiile de tensiune se clasific dup diferite criterii cum ar fi: vitezade variaie a tensiunii, frecvena i perioada lor, durata variaiilor de tensiune. Dup acest ultim

criteriu variaiile de tensiune se clasific n: variaii de tensiune de lung durat, funcionarestaionar la tensiune diferit de ceanominal, care apare ca urmare a unui reglaj defectuos sau a suprancrcrii reelelor,funcionarea de durat cu variaii avnd un caracter cvasiperiodic, ce sunt produse deexistena unor sarcini pulsatorii,

variaii ale tensiunii de scurt durat, variaii de tensiune brute, care sunt datorateunor defecte cu caracter rapid, trector sau eliminate prin protecii, variaii brute produsede ocuri de putere cu caracter pasager, dispariii scurte ale tensiunii ca urmare afuncionrii sistemelor automate (AAR, RAR).

Limita de timp care desparte variaiile de scurt durat de cele de lung durat este, n general,timpul necesar proteciilor, automatizrilor i echipamentelor de comutaie pentru a restabili

tensiuneanominal, dac acest lucru este posibil. n Romnia acest interval este de 3 s.


6/66



Cursul 2

2.2.1. Calitatea necorespunztoare a tensiunii datorit caracteristicilor tehnice de funcionare

a reelelor

n funcionarea reelelor electrice, tensiunea reprezint un parametru variabil n spaiu i timp.Variaia tensiunii n diferitele puncte ale reelei se datoreaz n principal pierderilor de tensiunepe linii i transformatoare. Variaia tensiunii n timp se datoreaz modificrii circulaiilor deputeri i/sau a configuraiei schemei electrice de funcionare a reelei.

n practic, prinpierdere de tensiunese nelege, n general, diferena algebric/aritmetic dintrevalorile efective ale tensiunii nregistrate n dou noduri ale reelei, avnd aceeai tensiunenominal, iar prin cdere de tensiunese nelege diferena vectorial dintre fazorile de tensiunen dou noduri ale reelei.n figura 1.1.a este prezentat o reea electric radial, care alimenteaz mai muli consumatori.Pierderile de tensiune pe diferitele elemente ale reelei depind de variaiile sarcinii electrice i secumuleaz de la surs pn la locurile de consum. n figura 1.1.b este prezentat diagramafazorial corespunztoare alimentrii radiale a consumatorului din nodul B, n regim normal defuncionare.

Fig.1.1. Calculul cderilor de tensiune i a pierderilor de tensiune pe o reea electric radial

Conform figurii 1.1,cderea de tensiunepe linia AB se determin cu relaia:

BAAB UUU = , (1.1)

unde AU reprezint fazorul tensiunii pe barele staiei A de alimentare (nodul surs) iar

BU reprezint fazorul tensiunii care se aplic nodului B.

Pierderea de tensiunese calculeaz cu relaia:

BAAB UUU = , (1.2)

unde AU este valoarea efectiv a tensiunii pe barele staiei A iar BU este valoarea efectiv atensiunii n nodul B.Tensiunea complex din nodurile reelei este o mrime variabil n timp datorit:

modificrii schemei de funcionare, respectiv a impedanelor longitudinale i aadmitanelor transversale, ca urmare a unor optimizri ale regimurilor de funcionare nSEN sau ca urmare a unor avarii i/sau revizii n instalaiile electrice,


7/66



modificri n timp a circulaiilor de putere activ i reactiv, ca urmare a variaiilorputerilor absorbite de consumatori, conform curbelorde sarcin.

Valoarea tensiunii depinde n principal de regimul puterilor reactive. n unele reele de distribuiei utilizare a energiei electrice, mijloacele de reglaj al tensiunii i/sau mijloacele de compensare aputerii reactive sunt insuficiente sau folosite necorespunztor. Datorit ineriei, aceste sisteme de

reglaj nu pot asigura un regim stabilizat de lucru dect pentru variaii ale mrimilor controlate cuo perioad de aproximativ 4-6 minute. Volumul msurtorilor de control al tensiunii este demulte ori insuficient iar sistemele de msurat utilizate introduc erori de peste 3%.Pe de alt parte, variaii ale tensiunii n reea sunt produse i de diferite perturbaii care apar ntimpul funcionrii instalaiilor electrice dar i de perturbaii care i au originea n instalaiileconsumatorilor, ca de exemplu: modificarea periodic a puterilor absorbite de consumatori,conectrile i deconectrile anumitor sarcini electrice.Din punct de vedere al influenei exercitat asupra reelelor de alimentare cu energie electric,consumatorii pot fi grupai astfel:

categoria I: consumatori cu sarcin aproximativ constant (pompe, ventilatoare,iluminat), la care calitatea tensiunii este afectat doar de abateri ale tensiunii fa de

valoarea nominal, categoria a I I-a: consumatori care funcioneaz cu ocuri de sarcin (laminoare, motoarecu porniri repetate), care produc fluctuaii ale tensiunii,

categoria a I II-a: consumatori cu racordare nesimetric la reeaua tifazat (echipamentede traciune, de sudur),

categoria a IV-a: consumatori deformani (redresoare, cuptoare electrice cu arc).2.2.2. Variaii ale tensiunii provocat de pornirea unui motor asincron

Conform prescripiilor romneti, scderea tensiunii la bornele motoarelor n funciune pe o bar,la pornirea altui motor, care determin cele mai grele condiii din acest punct de vedere pe bararespectiv, nu trebuie s depeasc valoarea de 15% bNU pentru motoarele de medie tensiune i

20% bNU pentru motoarele de joas tensiune.

Amplitudinea variaiei de tensiune depinde de un set de factori de influen (nivelul tensiunii imrimea sarcini aflat n funciune pe bare anterior pornirii, caracteristicile reelei de alimentare,puterea motorului care pornete)i, n unele condiii, sunt posibile variaii de tensiune peste celeadmisibile.Pentru a ncadra variaia tensiunii provocat de pornirea motorului n abatere, fluctuaie sau golde tensiune, este necesar aprecierea duratei procesului de pornire i frecvena pornirilor. Pentru cavariaia de tensiune provocat de pornirea motorului s intre n categoria golurilor de tensiune,durata pornirii trebuie s fie sub 3 s, stabilit pe baza performanelor elementelor care asigurrevenirea tensiunii la valoarea normal, n caz contrar, variaia de tensiune se ncadreaz ncategoria abaterilor/fluctuaiilor de tensiune.2.2.3. Variaii de tensiune datorate convertoarelor cu semiconductoare

Convertorul este un ansamblu funcional care asigur o conversie electronic de putere,cuprinznd dispozitive semiconductoare, transformatoare, aparataj principal i auxiliar. Acesta sefolosete tot mai mult n instalaiile electrice, n scopul realizrii:

conversiei energiei de c.a. n energie de c.c. (redresor), conversiei energiei de c.c. n energie de c.a. (invertor), conversiei energiei de c.c. n energie de c.c. (convertor direct sau indirect de c.c.), conversiei energiei de c.a. n energie de c.a. (convertizor direct sau indirect de c.a.),


8/66



de decuplri periodice sau nu.n general, convertoarele de putere cu tiristoare (folosite n electronica de putere pentrumodificarea/reglajul frecvenei, schimbarea tensiunii i a numrului de faze, modificarea fluxuluide putere reactiv) sunt sarcini neliniare, care produc diferiteperturbaii n reeaua electric dealimentare, cum ar fi:

fluctuaii de tensiune, definite ca diferena valorilor efective ntre dou regimuristaionare consecutive,

armonici de curent, definii prin rang, amplitudine i faz, deformri periodice i tranzitorii ale undei de tensiune a reelei de alimentare, crestturi de comutaie, definite prin lrgime, profunzime i suprafa, oscilaii repetitive de comutaie, asociate crestturilor de comutaie, definite prin energie,

amplitudine, pant, supratensiuni, componente interarmonice, provocate de convertizoarele de frecven.

Conform recomandrilor CEI 146-1-2, variaia de tensiune datorat convertoarelor (pentrutensiunea fundamental) poate fi estimat cu relaia:

( )[ ]11 //1cos = scscsc

L RXtgSS

UU , (1.3)

unde: LS1 reprezint puterea aparent a convertorului pe partea reelei de alimentare icorespunde valorii efective a fundamentalei curentului garantat (nominal) LNI1 pe partea de

curent alternativ a convertorului sau a transformatorului (dac exist),1

- unghiul de defazaj alfundamentalei curentului pe partea de curent alternativ al convertorului sau a transformatorului,dac acesta exist, scS - puterea aparent de scurtcircuit a reelei n punctul comun de racord,

scR , scX - rezistena, respectiv reactana reelei de alimentare.Deoarece curentul pe parteareelei de alimentare a convertorului conine armonici, trebuie fcut

distincie ntre factorul de putere global i cel corespunztor defazajului componenteifundamentale a curentului.Convertoarele pot fi utilizate n reele de nalt calitate dac sunt ndeplinite condiiile decompatibilitate electromagnetic n punctul de racord.2.2.4. Variaii ale tensiunii datorate cuptoarelor cu arc electric

Cuptoarele cu arc sunt receptoare electrice care provoac n timpul funcionrii ocuri aleatorii deputere reactiv. Sunt considerate principalele receptoare care produc variaii rapide de tensiune nreea (flicker).n elaborarea unei arje de oel cu durata de 3-8 ore, n funcie de caracteristicile cuptorului i aleprocesului tehnologic, se disting urmtoarele perioade:

perioada de topire, perioada de afnare, perioada de finisare.

Fluctuaiile de tensiune apar numai n perioada de topire (0,5-1,5 ore), sub aciunea arculuielectric, care se stabilete ntre electrozi i mas. ncrctura este topit n mod progresiv, n jurulelectrozilor aprnd bi de metal lichid. Fluctuaiile sarcinii se pot datora:

surprilor de material, care produc frecvente scurtcircuite monofazate, bifazate sautrifazate, care alterneaz cu ntreruperi totale, avnd drept consecin variaiialeatoare ale curentului, de ordinul (0...2) NI ,


9/66



variaiilor continue ale lungimii arcului, care se amorseaz pe diferite vrfuri alencrcturii; dispariia prin topire a acestor puncte de sprijin ale arcului, laintervale de 0,1-0,4 s, conduce la o continu modificare a lungimii arcului,fluctuaiile curentului de sarcin sunt de ordinul (0,4-0,5) NI ,

ntreruperii voite a sarcinii, fie pentru completarea ncrcturii, fie pentrumodificarea tensiunii arcului, care se realizeaz prin ridicarea electrozilor. Dreptrezultat, curentul scade la zero n 1-2 s, iar coborrea electrozilor n cuv duce la ocretere brusc a curentului.

Cuptoarele cu arc electric pot fi exploatate n dou moduri:exploatare clasic, cnd exploatarea cuptorului se face n regimul de putere maxim n arc,

la un factor de putere de aproximativ 0,8 cu arcuri lungi i puteri specifice instalate deaproximativ 100 kW/mp de cuv,

exploatare n UHP (Ultra High Power), cnd exploatarea cuptorului se face n regim deputere mrit, la un factor de putere de 0,7-0,75, cu arcuri scurte i puter specifice instalatede aproximativ 150 kW/mp de cuv.

n funcie de condiiile de funcionare a cuptorului i de caracteristicile ncrcturii, fluctuaiile de

tensiune variaz n limite largi.n calcule practice, mrimea fluctuaiilor de tensiune, n procente din valoarea tensiunii nominale,se poate calcula cu relaia:

scSQU /100% = , (1.4)

unde Q reprezint ocul (fluctuaia) de putere reactiv provocat de cuptor iar scS este putereaaparent de scurtcircuit n punctul de racord al cuptorului la reea.Estimarea corect a amplitudinii maxime a fluctuaiilor puterii reactive absorbite de cuptor aremare importan pentru realizarea unei scheme de alimentare corespunztoare sub aspectulcompatibilitii electromagnetice a cuptorului cu reeaua electric de alimentare.2.2.5. Variaii de tensiune provocate de scurtcircuite

Scurtcircuitele ntre fazele unei reele sau ntre o faz i pmnt sunt evenimente nedorite ialeatoare.Un scurtcircuit net ntre dou faze ntr-un anumit punct l unei linii electrice radiale egalizeazpotenialul celor dou conductoare n acest punct. Pentru punctele situate n aval de loculdefectului tensiunea devine nul, ea crete progresiv spre sursa de alimentare i are valoarea ceamai ridicat la bornele sursei. Dac avem i ali consumatori alimentai de la aceeai surs prinalte circuite, acetia vor fi alimentai la tensiuni inferioare funcionrii normale. Eliminareadefectului, prin deconectarea liniei defecte, permite tensiunii s revin la normal pe barele staiei.Dup durat, defectele n instalaiile electrice se pot clasifica n trectoare sau permanente.Aproximativ 75% din defectele LEA sunt trectoare, n contrast, cele mai multe defecte dinreelele subterane sunt permanente i necesit mai mult timp pentru a fi localizate i eliminate.

Tabelul 1.2Relaii de calcul a tensiunii remanente pe faz, pentru diferite tipuri de scurtcircuit

Scurtcircuit Expresia tensiunii remanente pe barelestaieiTrifazat

d

Ldrem

X

XEU =3,

Bifazat 2

2, 312

+=

d

Ldrem

X

XEU


10/66



Bifazat cu pmnt 22

2, 32

+

+

+=

d

Ld

hd

LhLdprem

X

X

XX

XXEU

Monofazat

hd

LhLdrem

XX

XXEU

+

+=

2

21,

Cu excepia scurtcircuitului trifazat, celelalte tipuri de defecte, ntre conductoarele reelei, cu ifr legtur cu pmntul, conduc la variaii de tensiune nesimetrice n reea, mai mult sau maipuin pronunate.Pentru studiul scurtcircuitelor se utilizeaz teoria componentelor simetrice la baza creia st ideeadescompunerii unui sistem trifazat nesimetric de mrimi sinusoidale n trei sisteme de mrimisinusoidale trifazate simetrice, cu amplitudini egale i defazaje relativ egale, sistem direct, inversi homopolar. Se calculeaz tensiunile reziduale la locul defectului i lund n considerarecderile de tensiune pe reactana circuitului, ntre barele staiei i locul de defect, se poatedetermina tensiunea remanent pe barele staiei de alimentare a circuitului. n tabelul 1.2 suntprezentate relaiile de calcul al nivelului de tensiune remanentpe barele staiei unde s-aconsiderat ipoteza simplificatoare conform creia, reactana invers este aproximativ egal cu ceadirect. n relaiile din tabelul 1.2 s-a notat cu dX i hX reactanele echivalente ale schemelor de

succesiune direct, respectiv, homopolar, iar cu LdX i LhX reactanele de succesiune direct ihomopolar ale liniei, considerate pn la punctul de defect.

2.1.Cauze ale dezechilibrrii sistemelor trifazate

O reea trifazat, compus din linii, generatoare i receptoare, poate fi reprezentat prinimpedanele respective. n cazul n care impedanele pe cele trei faze ale reelei sunt identice,adic au acelai modul i argument, reeaua se numete echilibrat. Dac cel puin una din

impedanele complexe difer de celelalte, reeaua respectiv se dezechilibreaz.Cauzele care produc un dezechilibru ntr-o reea electric pot fi; dezechilibre trectoare, care se datoresc influenei defectelor asupra reelei, care se pot

produce ntre dou sau mai multe conductoare, cu sau fr punere la pmnt,dezechilibre permanente,provocate de unele cauze de natur constructiv sau de repartiia

neuniform a consumului pe cele trei faze ale reelei de alimentare, caracterizate prin apariiaunor componente de secven invers/homopolar a tensiunilor i a curenilor din reeauarespectiv.

Din motive constructive, liniile electrice aeriene de nalt tensiune sunt nesimetrice. La nivelulconsumatorilor dezechilibrul poate fi provocat de receptoarele de construcie nesimetric.n sistemele de distribuie mixt (trifazat-monofazat), derivaiile monofazate produc dou tipuri de

dezechilibru asupra reelelor trifazate:un dezechilibru capacitiv, datorat lungimii totale diferite a fazelor, care se manifest printr-

un curent capacitiv rezidual de circulaie permanent prin circuitul de punere la pmnt alneutrului transformatorului din staia de alimentare,

un dezechilibru de sarcin pe cele trei fazecare, n cazul reelelorfr conductor neutru,duce la apariia componentelor inverse de tensiune i curent.

Dezechilibrele menionate pot fi ameliorate pe de o parte prin limitarea lungimii i sarcinilor pederivaii i prin repartizarea judicioas a mai multor derivaii pe faze. Efectul dezechilibrului este


11/66



diminuat n reele fr conductor neutru, fiindc lipsesc elementele homopolare de tensiune icurent.Exist i alte criterii de clasificare a nesimetriilor, n funcie de care se pot deosebi:nesimetrii longitudinale, ca urmare a ntreruperii unei faze, nesimetrii transversale, n urma unor scurtcircuite ntre faze sau faz-pmnt, nesimetrii simple sau multiple, funcie de numrul de impedane sau admitane care intervin, asimetrii i disimetrii, dup cum sunt cauzate de componentele de secven homopolar,

respectiv, cele de secven invers.

2.2.Cauze ale deformrii undei de tensiune

Regimul deformant este regimul permanent de funcionare a reelelor electroenergetice decurent alternativ, n care undele de tensiune i de curent sunt periodice i cel puin una din ele, nueste sinusoidal.Curbele nesinusoidale de tensiune i curent conin, pe lng oscilaia fundamental cu frecvenaf1(de exemplu 50 Hz), o serie de oscilaii parazite cu frecvena 1Nff = (N=2,3,4,5...), numite

armonici superioare.Regimul deformant este produs n sistemul energetic deelemente deformante, ulterior el fiindpropagat i amplificat prin reele electrice de transport i distribuie.Elementele deformantesunt aparate care produc sau amplific tensiuni i cureni armonici i potfi de dou categorii:elemente deformante de categoria I, care alimentate cu tensiuni sau cureni riguros

sinusoidali produc fenomene deformante (de exemplu: cuptoare cu arc, redresoare de puterei, n general, orice element de circuit pronunat neliniar),

elemente deformante de categoria a II-a, care nu dau natere la regim deformant, dar carealimentate cu cureni deformani amplific aceast deformaie ( de exemplu: linii electrice,ncondiiile n care inductanele i capacitile lor proprii alctuiesc circuite oscilante, a cror

frecven poate coincide cu frecvenele curenilor armonici produi de elementele deformantede categoria I).

Sursele de regim deformant mai pot fi clasificate n: surse de tensiuni armonice, care produc tensiuni electromotoare nesinusoidale i

ntruct reactana lor este comparabil ca valoare cu reactana echivalent a reelein punctul comun de racord, ele genereaz cureni nesinusoidali cu valori puternicdependente de caracteristicile reelei. La aceste surse undele tensiunilor icurenilor nu conin dect armonici impare,

surse de cureni armonici, care n regim sinusoidal de tensiune introduc armonicisuperioare n curentul absorbit de la reea.

2.4.1. Influena convertoarelor statice de putere asupra reelei electrice de alimentareConvertorul de putere asigur o conversie electronic de putere, din curent alternativ n curentcontinuu (redresor) sau din curent continuu n curent alternativ (invertor). ntr-un circuit deputere, convertorul modific/regleaz frecvena, tensiunea, numrul de faze.Teoretic, pentru un convertor cuppulsuri, apar armonici de ordin 1= pmN , undem ...3,2,1= Frecvena corespunztoare armonicii de ordinul N este legat de frecvena fundamentalei printr-orelaie de forma

1Nff = i ea este supus variaiilor de frecven ale sursei de alimentare.


12/66



Amplitudinea curenilor armonici depinde de unghiul de aprindere i de cderea de tensiuneinductiv, datorat inductanelor de alimentare. Amplitudinea curenilor armonici de faz pepartea de curent alternativ a redresoarelor poate fi aproximat cu relaia:

( ) 2,11 /5/ NNII N = pentru 5


13/66

UniversitateaTransilvania Braov Catedra UNESCO Studii de masteratManagementul calitii sistemelor electrotehnice


Cursul 3

3. Sistemul indicatorilor calitii energiei electrice

Promovarea riguroas a unei politici a calitii n sistemul energetic, presupune definirea i

promovarea unei legislaii noi, adecvate i armonizat cu reglementrile adoptate la nivelinternaional, care vizeaz responsabilitatea furnizorilor pentru eventualele daune pricinuiteutilizatorilor prin livrarea unor produse de calitate necorespunztoare contractelor dintre ageniieconomici. Aceste reglementri trebuie s constituie baza legal a protejrii consumatorilor i elestabilesc obligaii i rspunderi precise pentru toi partenerii de afaceri implicai pe ntregul traseuproducie-consum.Calitatea energiei electrice depinde ns nu numai de furnizor, ci i de toi consumatorii racordaila aceeai reea de alimentare. Prin urmare, consumatorii care contribuie la alterarea calitiienergiei trebuie s-i asume partea lor de responsabilitate.Este deci necesar elaborarea unor recomandri i/sau norme acceptate internaional, fie cuprivire la nivelul admisibil al perturbaiilor, fie cu privire la capacitatea receptoarelor electrice dea face fa situaiei.

3.1. Cerine privind elaborarea unor acte normative privind calitatea energie electrice

Pentru a putea fi bine utilizate n cadrul noilor relaii de furnizare a energiei electrice, actelenormative, standardele i/sau prescripiile referitoare la CEE trebuie revizuite i perfecionate,unele dintre acestea chiar elaborate pe principii noi.3.1.1. Setul de indicatori ai calitii energiei electrice CEESistemul de indicatori ai calitii energiei electrice trebuie s permit msurarea/estimareanivelului de calitate ntr-un anumit punct al reelei i la un moment dat, precum i comparareainformaiei obinute cu nivelul considerat optim sau, cel puin tolerabil, de majoritateaconsumatorilor racordai la reeaua electric respectiv.Indicatorii CEE trebuie:

definii ca mrimi statistice,ntr-un interval de timp, trebuie s fie suficient de universali,pentru a fi posibil folosirea lor practic n proiectare

i/sau exploatare, precum i nfptuirea unui control metodologic de mas, cu precizianecesar, utiliznd dispozitive relativ simple i ieftine, att n reelele furnizorilor, ct i laabonai,

trebuie s permit o departajare, fr echivoc, a rspunderilor pentru nerespectareacondiiilor de calitate, ce trebuie s revin furnizorului, de cele de care sunt rspunztoriabonaii,

trebuie s fie uor perfectibil,pentru a putea surprinde rapid i ct mai complet multipleleaspecte, care definesc la o anumit etap CEE, trebuie s fie ct mai puin la numr,

trebuie s fie clar i precis delimitai,pentru a caracteriza ct mai exact toate proprietiledistinctive ale energiei electrice, ntr-un regim de funcionare stabilizat al SEN.

3.1.2. Cu privire la valorile normate pentru indicatorii de calitate a energiei electriceActele normative privind CEE trebuie s constituie documentele pe baza crora se stabiletesistemul de relaii reciproce dintre ntreprinderile furnizoare de energie electric i abonai.


14/66



Faptul c nivelul admisibil de perturbaii, care poate fi suportat de un echipament, depinde nmod esenial de caracteristicile localeale reelei n punctul de racordare, face relativ dificilstabilirea unor norme unice, universal valabile. Din acest motiv, normele de calitate ai energieielectrice trebuie precizate n funcie de tipul i tensiunea reelei la care se refer i trebuieprecizatpunctul n care se normeaz indicatorii de calitate: la bornele receptoarelor, la punctul

de delimitare a reelei furnizorului de cea a abonatului, n reeaua de transport etc.Normarea unor valori i/sau tolerane admisibile pentru indicatorii de calitate, trebuie realizat pebaza unei cunoateri foarte exacte a efectelornoncalitiin diferitele sectoare de activitate.Abaterea indicatorilor de calitate a energiei electrice de la un nivel considerat optim, (sau celpuin tolerabil) de majoritatea utilizatorilor racordai la acelai nod de consum energetic, poateconduce la implicaiieconomice, ecologice i sociale.La estimarea prejudiciilor datorate lipsei de calitate i, implicit, la normarea indicatorilor decalitate, trebuie s se in seama de legturile de interdependen, care exist ntre unii indicatoride calitate.3.1.3. Controlul i asigurarea calitiienergiei electriceActele normative privitoare la calitatea energiei electrice trebuie s conin referiri i la controlulCEE: periodicitatea i durata msurtorilor, precizia necesar etc.Valorile normate ale indicatorilor de calitate trebuie asigurate n regim normal de exploatare isunt necesare rezerve pentru situaiile critice n care se pot afla sistemele energetice, evitndu-seunele consecine foarte grave.n concluzie, normele de calitate a energiei electrice trebuie s conin referiri cu privire laindicatorii ce trebuie asigurai n regimuri de avarie i post-avarie sau s includ meniuni cuprivire la dispozitivele de compensare necesare.

3.2. Sisteme de indicatori folosite n lume i n Romnia pentru asigurarea calitii energieielectrice

n majoritatea rilor sistemul de indicatori ai calitii energiei electrice este format dintr-o seriede caracteristici cantitative ale variaiilor lente (abateri) sau rapide (fluctuaii) ale valorii efectivea tensiunii, forma i simetria n sistemul trifazat, precum i caracteristicile de variaie lent/rapidale frecvenei.Comisia Internaional de Electrotehnic CEI, n afara recomandrilor generale referitoare latensiuni nominale i frecvene nominale, a elaborat un set de normative, clasificate pe categoriide echipamente electrice, electronice, aparataj de msurat etc., n care sunt prezentate cerinele debaz privitoare la calitatea energiei electrice generat/utilizat de ctre aceste echipamente:

publicaia CEI nr. 38 recomand ca, n condiiile normale de distribuie, tensiunea n punctulde livrare s nu difere fa de tensiunea nominal cu mai mult de 10%,

publicaia CEI nr. 196 stabilete frecvenele nominale, fr a indica abaterile admisibile.Aceste abateri se gsesc n recomandrile specifice ale unor categorii de echipamente, caretrebuie s lucreze n condiii de siguran deplin i n cazul unor abateri ale frecvenei fade valoarea nominal.

n Romnia nu exist un sistem unitarde indicatori ai calitii energiei electrice, fiind definii inormai individual, prin diferite acte normative, doar o parte din parametrii care pot prezentainteres n monitorizarea calitii.


15/66



4. Indicatori i valori normate pentru aprecierea calitii frecvenei

Alegerea frecvenei de funcionare ntr-un sistem energetic este de fapt o problem de compromisoptim, care trebuie s ia n considerare cerinele diferite, cu privire la frecven, ale celor treisectoare de baz din sistem: producere, transport i utilizare a energiei electrice.

Prin urmare, alegerea unei frecvene optime de funcionare, unic pentru ntreg sistemulenergetic, s-a efectuat pe baza unui compromis, n majoritatea rilor ntre anii 1920-1930 (nRomnia n perioada 1953-1959), i s-aales valoarea de 50 Hz. Astzi, innd cont de progreseletehnologice, se apreciaz c valoarea optim a frecvenei ar fi deja peste aceast valoare.

4.1. Indicatori de estimare a variaiilor frecvenei

n Romnia, delimitarea variaiilor lente ale frecvenei de cele rapide nu este reglementat. nUniunea Statelor Independente se folosete drept criteriu de delimitare viteza de variaie afrecvenei pentru o valoare de 0,2 Hz/s.Un indicator foarte folosit pentru estimarea variaiilor lente de frecven esteabaterea frecveneifa de valoarea nominal, exprimat prin relaii de forma:

[ ]Hzfff N= , (4.1)sau:

[ ] ( )1001100% =

= ff

fff

N

N , (4.2)

unde f reprezint valoarea frecvenei la un moment dat, exprimat n Hz, fN - frecvenanominal, egal cu 50 Hz i f - frecvena relativ sau nivelul de frecven la un moment dat.Lund n considerare variaia n timp a frecvenei sistemului, se definete abaterea medie afrecvenei fa de valoarea sa nominal,ntr-un interval de timpT:

( )( )

[ ]%1001

00

dt

f

ftf

T

dttf

T

fT

N

N

T

== , (4.3)

sau:( ) [ ]%1100 = ff , (4.4)

n care f estenivelul mediu de frecven pe intervalul T.n calculul statistic, variabilele aleatoare se reprezint sub forma unei perechi de valori, care estecompus din valoarea medie i abaterea medie ptratic fa de valoarea medie, respectiv,coeficientul de variaie al variabilei aleatoare.Abaterea medie ptratic a nivelului de frecven( )f se determin cu relaia:

( )[ ][ ]

100

%1

0

2 fT

f dtftf

T

==

. (4.5)

Coeficientul de variaie a unei mrimi aleatoare este un alt indicator sintetic adimensional almprtierii statistice a datelor n jurul valorii medii. Coeficientul de variaie a frecveneieste:

ffcv

ff

f

=

= , (4.6)


16/66



unde freprezint frecvena medie pe intervalulT,n Hz, iarf

- abaterea medie ptratic a

frecvenei fa de valoarea sa medie, n Hz.

4.2. Valori normate pentru frecven

Variaiile frecvenei influeneaz funcionarea majoritii instalaiilor electrice. Limitele deimunitate la variaii de frecven ale diferitelor categorii de receptoare electrice sunt precizaten unelestandarde i norme tehnice specifice acestora.Majoritatea receptoarelor electrice accept abateri de frecven de aproximativ 1 Hz (2%).Unele studii mai recente, precum i experiena dobndit de SEN, au permis acumularea unuivolum mare de date, care demonstreaz c aproape toi consumatorii funcioneaz stabil lafrecvena de 48,5 Hz ( )97,0=f i chiar sub aceast valoare, respectiv, la frecvene care nudepesc valoarea de 51,5 Hz. Prin urmare, valorile de 1 Hz, considerate ca limite admisibilepentru abaterile de frecven, nu sunt susinute ntotdeauna de considerente tehnologice.n cazul motoarelor de curent alternativ,STAS 1893 recomand ca abaterile frecvenei fa devaloarea nominal s nu depeasc 5%. n cazul unor abateri simultane de frecven i

tensiune, unde suma valorilor absolute ale acestor abateri nu depete 5%, motorul trebuie sdezvolte puterea nominal.Uniunea pentru Coordonarea Produciei i Transportului de Energie Electric (cuprinde 12 rieuropene), recomand ca serviciile proprii ale centralelor electrices fie astfel concepute nct,n caz de avarii nsoite de scderea frecvenei, pentru urmtoarele valori ale parametrilor:

48,4 Hz


17/66



5. Indicatori i valori normate pentru aprecierea calitii tensiunii

Procesul aleator de variaie a tensiunii, n orice punct al unei reele, poate fi reprezentat prinsuprapunerea urmtoarelor componente:

variaiilente (cu o periodicitate apropiat de24 ore), care n general se datoresc variaiilorprogresive ale sarcinii isunt mai mult sau mai puin compensate prin reglajul sub sarcin altransformatoarelor; variaiile lente tipice sunt de ordinul 10%, pe o durat de aproximativ10 min;

variaii rapide (cu o perodicitate de la o variaie pe or la aproximativ 40-50 variaii pesecund), care se datoresc, de cele mai multe ori, instalaiilor consumatorilor, ca urmare unorcereri aleatoare (pornirea unor mari cuptoare cu arc) i/sau neregulate (posturi de sudur); deregul amplitudinea variaiilor rapide nu depete 10%;

goluri de tensiunesunt provocate de scurtcircuitele aprute n reelele furnizorului i/sau aleconsumatorilor, care determin aciunea proteciilor prin relee i a automatizrilor (AAR,RAR etc.); amplitudinea golurilor este cuprins ntre o valoare minim de ordinul - 10%... -20% i ajunge pn la -100%, cu o durat de 10 ms 20 s (n Romnia durata este de cel

mult 3 s); amplitudinea i durata golului depinde de configuraia i caracteristicile reelei, detipul scurtcircuitului, de modul de eliminare a defectului; impulsuri de tensiune, determinate de descrcrile atmosferice, funcionarea aparatelor de

comutaie sau a unor receptoare; amplitudinea acestora poate depi de cteva ori valoareanominal, iar durata nu depete 10 ms.

Modul de reacie diferit al receptoarelor electrice la diverse tipuri de variaii ale tensiunii dealimentare, precum i diferenele care exist ntre mijloacele i limitele de compensare ale acestorvariaii, necesit stabilirea unor indicatori, care s caracterizeze ct mai corect fenomenele i cares fie folosii pentru cuantificarea nivelului de calitate a energiei electrice ce trebuie asiguratconsumatorilor.

5.1. Indicatori i valori normate pentru variaii lente de tensiuneVom considera n cele ce urmeaz drept variaii lente, variaiile tensiunii de aproximativ10...20% fa de valoarea nominal, cu o periodicitate de cel puin 5-10 minute.5.1.1. Indicatori pentru aprecierea variaiilorlente de tensiunePentru aprecierea variaiilor lente de tensiune se folosesc indicatori care exprim abatereatensiunii fa de valoarea sa nominal sau fa de valoarea sa medie, se mai folosete nivelul detensiune sau n literatura francez iregularitatea tensiunii. ntrediveri indicatori folosii existrelaii strns interdependen, anumii indicatori fiind chiar deductibili din ceilali.5.1.1.1. Abaterea de tensiune ntr-un anumit punct al reeleiAbaterea de tensiune ntr-un anumit punct al reelei se estimeaz, de regul, prin diferena dintre

valoarea tensiunii de serviciu i a celei nominale, n cadrul unui proces determinist sau prindiferena dintre valoarea medie i cea nominal, n condiiile unei variaii aleatoare a tensiunii, ncare caz timpul ales pentru mediere depinde de caracteristicile concrete ale proceselor dininstalaiile respective.Abaterea de tensiunefa de valoarea nominal se exprim n procente din tensiunea nominal ainstalaiei cu relaia:

( ) [ ],%100.1100. =

= uU

UUU

N

NS (5.1)


18/66



undeS

U este tensiunea de serviciu a reelei, respectiv tensiunea dintre dou faze ale reelei

electrice, msurat ntr-un anumit punct i la un moment dat , NU este tensiunea nominal areelei, respectiv tensiunea prin care este denumit reeaua i la care se face referirea pentruanumite caracteristici ale funcionrii acesteia iaru este nivelul de tensiunecare caracterizeaz,printre altele, distana electric a punctului de reea analizat fa de sursa de producere a puterii

reactive: dac punctul este apropiat de aceast surs 1>u , iar dac este situat la extremitilereelei atunci 1


19/66



Prin urmare gradul deiregularitate se exprim cu relaia:

( ) [ ]2222 %UUq += . (5.6)O variant a gradului de iregularitate, n exprimare energetic, aparine lui Gaussens:

( )[ ] ( )

( )( )[ ] [ ]

=

=

T

T

T

qW kWhdWtUW

dttP

dttPtU

0

22

0

0

2

2 %1 , (5.7)

unde ( )tP reprezint curba de sarcin a consumatorului la bornele cruia se apreciaz calitateatensiunii, pe intervalul T, iar W energia consumat n intervalul de timp T.


20/66



Cursul 4

5.1.2. Norme pentru indicatorii de variaie lent a tensiunii

Variaiile de tensiune de circa 5...10% n jurul valorii nominale cu o periodicitate de cel puin

cteva minute (5...30 minute), pot afecta regimul normal de exploatare, att n instalaiilefurnizorului, ct i n cele ale consumatorilor.Abaterile tensiunii fa de valoarea nominal pot avea efecte: economice influen asupra produciei materiale, att sub aspect cantitativ, ct i calitativ, influen asupra caracteristicilor echipamentului electric (pierderea performanelor

garantate, modificri ale randamentului i a gradului de uzur, n unele cazuri chiarntreruperea funcionrii),

influen asupra capacitii de tranzit a reelelor electrice, sociale, greu de cuantificat

influen asupra calitii iluminatului electric.

Tensiunea fiind sensibil dependent ca nivel i limite admisibile de variaie de locul n care esteanalizat (productor, distribuitor, consumator), n cazul normelor de apreciere a calitiitensiunii este obligatorie specificarea punctelor n care sunt normai indicatorii de calitate,precum i a condiiilor de normare.

valorile normate pentru gradul de iregularitate [ ]%102 q - foarte bun,

10 [ ]%202 < q -bun,

20 [ ]%502 < q - mediocr,

[ ]%1002 q - necorespunztoare.abaterea de tensiune, este un indicator rspndit n ntreaga lume i depinde denodul de sistem n care se analizeaz calitatea tensiunii:

generatoarele (conform STAS 1893) trebuie s poat furniza puterea nominal laturaia nominal, la o tensiune care poate varia n domeniul 5% NU ,

transformatoarele (conform STAS 1703) pot funciona limitat la o tensiunesuperioar tensiunii nominale a nfurrii. Tensiunea de funcionare va fi limitat lavaloarea rezultat din relaia [ ]%5110 KU = , atunci cnd curentul este egal cu deKori curentul nominal (0K1),

serviciile proprii ale centralelor electrice trebuie s funcioneze normal n cazulmodificrii nivelului de tensiune n reeaua de evacuare. UCPTE recomand: dac alimentarea serviciilor proprii se realizeaz direct de la bornele

generatorului prin transformator, se va stabili o marj de reglaj de minimum10...15% sau se vor utiliza motoare corespunztoare,

instalaiile care acioneaz servicii proprii i de care depinde puterea bloculuinu trebuie expuse unei scderi de putere atunci cnd tensiunea de alimentarescade sub 90% din tensiunea nominal,

toate echipamentele auxiliare ale centralei (reglaj, msur, comand automat,protecie, semnalizare, alarm) trebuie s poat funciona la 85% din tensiuneanominal; unele aparate pot fi legate la regulatoare stabilizatoare de tensiune,


21/66



n condiii de tensiuni critice n reeaua de alimentare, se impune comutareaserviciilor proprii pe o surs independent fa de reea.

n reelele electrice de curent alternativ pentru transportul, distribuia i utilizareaenergiei electrice (conform STAS 930-89) abaterile procentuale admisibile aletensiunii se obin din relaia (5.1), nlocuind tensiunea de serviciu cu valoarea

maxim, respectiv minim, admisibil n condiii normale de exploatare,n reelele de iluminat , pierderea de tensiune admisibil este de -3% UN dacalimentarea se face din reeaua furnizorului, respectiv, de -8...-10%UN dacalimentarea se face din surse proprii,

la bornele receptoarelor electricese admit abateri de 5%....10%, care corespundi recomandrilor CEI, ca de exemplu:

la bornele motoarelor electrice se admit abateri de 5%UN conform STAS1893,

la bornele convertizoarelor cu semiconductoare, realizate n clasele deimunitate A i B, se admit abateri de 10% UN n regim stabilizat defuncionare, iar n clasa de imunitate C se admit abateri ntre -5% i +10%,

pentru instalaiile de sudur se admit abateri de 10% UN , pentru lmpi electrice se admit abateri de 5%UN .

5.2. Indicatori i valori normate pentru fluctuaii de tensiune

Fluctuaiile de tensiunereprezint o serie de variaii ale valorii efective ori ale valorii de vrf aleundei de tensiune ntre dou niveluri adiacente sau o serie de variaii ciclice ale nfurtoareiundei de tensiune pe o anumit perioad de timp.Amplitudinea fluctuaiilor de tensiune nu depete n mod normal domeniul de 10%, darpentru a le departaja clar de abaterile de tensiune se mai folosesc i variaiile rapide ale valoriiefective care se produc n domeniul de frecven 0,001...25 Hz.

Fluctuaiile de tensiune pot fi: periodice de form dreptunghiular i amplitudine egal, provocate de comutaiaunei sarcini pur rezistive,

periodice de form dreptunghiular, distribuite neregulat n timp, cu amplitudineegal sau nu, pozitiv sau negativ, provocate de comutaia unor sarcini diverse,

de forme diferite, cu amplitudine egal sau nu, pozitiv sau negativ, provocate decomutaia unor sarcini nonrezistive,

aleatoare sau continue.Fluctuaiile de tensiune periodice sau aleatoareprovocate de funcionarea cu ocuri de puterereactiv a unor receptoare industriale (cuptoare cu arc, laminoare, aparate de sudur, pompe icompresoare cu piston) dar i casnice (maini de splat), pot provoca n reelele de alimentare

efecte nedorite, cum ar fi:- variaia vizibil a fluxului luminos,- deformarea imaginii televizoarelor,- deranjamente n funcionarea unor instalaii electronice.

n vederea evitrii sau limitrii unor astfel de efecte,racordarea la reelele sistemului energetic areceptoarelor perturbatoare trebuie fcut cu anumite restricii, fiind necesar verificareacompatibilitii electromagnetice. Pentru aceasta se folosesc urmtorii indicatori: amplitudinea ifrecvena de repetare a fluctuaiilor, factorul de acceptabilitate, doza de flicker etc.


22/66



5.2.1. Amplitudinea fluctuaiilor de tensiunen instalaiile existente la care se semnalizeaz efectul de flicker, determinarea caracteristicilorfluctuaiilor de tensiune se poate face prin oscilografierea undei de de tensiune i/sau nregistrareaocurilor de putere.Dac se dispune de o oscilogram a tensiunii, amplitudinea unei fluctuaii de tensiunej se poate

determina cu relaia:[ ]%

2

100.

1

N

jjjU

UUU += , (5.8)

unde1, +jj UU reprezint valori consecutive ale extremelor sau sunt determinate ntreo poriune

orizontal i o valoare extrem de pe nfurtoarea valorilor de vrf ale tensiunii.Fabricanii receptoarelor perturbatoare trebuie s pun la dispoziia utilizatorului date privindcaracteristicile ocurilor de putere pe care le produce receptorul n punctul de racord la reea.ocul de putere se caracterizeaz prinpant, valoare maxim, durat i numr mediu de ocuri nunitatea de timp.Pentru un oc de putere reactiv Q produs cu frecvena i, fluctuaia de tensiune se poate

exprima n funcie de puterea de scurtcircuit n punctul comun de racordcu relaia:[ ]%100

=

sc

iS

QU . (5.9)

Expresia analitica ocului de putere Q este diferit n funcie de tipul sarcinii care l-a produs.Cunoscnd din calcul sau din nregistrare amplitudinea fluctuaiei de tensiune i frecvena cu carese repet aceast variaie a tensiunii, se poate trasa curba amplitudinii n funcie de frecvena derepetiie a fluctuaiilor pentru punctul respectiv de racord la reea.Pentru ca receptorul analizat s ndeplineasc condiiile de compatibilitate electromagnetic npunctul comun de racord, curba fluctuaiilor de tensiune trebuie s se situeze sub o curb limitde iritabilitate. n practica mondial, limitele admise ale fluctuaiilor de tensiune ntr-un nod alreelei, sunt apreciate pe baza efectului de flicker pe care l provoac, respectiv asenzaiei dedisconfort pe care o resimte ochiul omenesc. Sensibilitatea vederii depinde defrecvena cu carese repet fluctuaiile de tensiune i de forma semnalului modulator: dini de fierstru,triunghiular, sinusoidal, dreptunghiular.5.2.2. Factor de acceptabilitateAcest indicator se calculeaz pentru receptoarele care provoac ocuri aleatoare de puterereactiv, cazul cel mai reprezentativ fiind cel al cuptoarelor cu arc pentru topit oel.Factorul de acceptabilitate este raportul dintre puterea de scurtcircuit a cuptorului echivalent iputerea minim de scurtcircuit n punctul comun de racord:

sc

st

S

S max,= , (5.10)

unde max,stS este puterea aparent stabilizat maxim, absorbit de cuptor n timpul testului descurtcircuit trifazat, efectuat cu electrozii introdui n baia de oel topit sau valoareacorespunztoare, calculat prin cunoaterea impedanei cuptorului i a sursei de alimentare, scS -puterea minim de scurtcircuit n punctul de racord.n situaiile n care nu se dispune de elementele necesare determinrii puterii

max,stS , se admite

determinarea acceptabilitii racordrii cuptorului la reea prin factorul:


23/66



sc

CEN

TS

S,

= , (5.11)

unde CENS , este puterea nominal a cuptorului echivalent prin care se nelege puterea cuptorului

fictiv care are acelai efect de flicker ntr-o instalaie cu mai multe cuptoare ca i cuptoarele reale.

5.2.3. Doza de flickerntr-o serie de ri europene, n SUA i Japonia, pentru estimarea influenei fluctuaiei detensiune, se folosete principiul cumulativ, care se bazeaz pe nregistrarea cu un dispozitivoarecare a oboselii acumulate de ochi, pn la nivelul (doza) pentru care lucrul devine imposibil.S-a constatat experimental c jena maxim, n condiii de amplitudine constant, este resimitpractic pentru o frecven a fluctuaiilor de aproximativ 10 Hz (amplitudinea corespunztoareeste 0,3% pentru 10 Hz).Dac pentru fluctuaii de tensiune cu frecvena de 10 Hz i amplitudine peste 0,3% se resimte osenzaie de jen, atunci este posibil obinerea aceleai senzaii de jen pentru fluctuaii detensiune de amplitudine superioar i frecven diferit de 10 Hz.La o senzaie de jen identic, este posibil substituirea unor fluctuaii de tensiune, de frecven f

i amplitudine fU

(care provoac fluctuaii luminoase cu frecvena de repetiie 2f), printr-ofluctuaie echivalent de tensiune cu frecvena 10 Hz i amplitudinea:

fUgU .10 = . (5.12)

Dac se suprapun dou fluctuaii de frecvene diferite f1i f2 , de amplitudine 1U i 2U , jenaglobal este echivalent cu cea a unei fluctuaii de 10 Hz, de amplitudine

10U , astfel nct putem

scrie:2

2

2

2

2

1

2

1

2

10 UgUgU += . (5.13)

Jena total pe care o resimte ochiul pe durata este proporional cu:

[ ]min%2

0

210dtUf =

, (5.14)

unde 210

U este fluctuaia sinusoidal cu frecvena de 10 Hz, care este echivalent din punctul devedere al efectului de flicker cu fluctuaia real a tensiunii (cu amplitudini i frecvene aleatoare), - durata perturbaiei, f - doza de flicker iar gcoeficieni care depind de frecvena semnaluluii se determin experimental.

5.3. Indicatori i norme pentru goluri de tensiune

Prin gol de tensiunese nelege o scdere brusc, de scurt durat, a amplitudinii sau a valoriiefective a tensiunii, ntr-un interval cuprins ntre dou ocuri de tensiune consecutive de senscontrar, interval n care tensiunea este n permanen inferioar valorii sale nominale.Gol de tensiunese poate produce prin manevre de conectare a unor agregate cu cureni de porniremari sau apare ca urmare a funcionrii proteciilor i automatizrilor, datorit apariiei unorincidente.Goluri de tensiune pot aprea att n reelele furnizorului, ct i n cele ale utilizatorilor deenergie electric, apariia lor fiind inevitabil i aleatoare.


24/66



Tipul golului de tensiuneeste determinat de cauza care a dus la apariia ei. Astfel: dup modul n care variaz tensiunile pe faz, golurile pot fi simetrice, atunci cnd

tensiunea scade pe toate cele trei faze, n acelai raport fa de tensiunea nominal,respectivnesimetrice,

dupnumrul de faze afectate, golurile pot fi monofazate, bifazate sau trifazate.

Alura variaiei tensiunii ntre momentul apariiei golului i cel al revenirii tensiunii la valoareaanterioar, precum i cauza care a generat golul determin forma golului de tensiune.Din punct de vedere al formei, golurile de tensiune se pot clasifica n urmtoarele categoriiprincipale: goluri de tensiune dreptunghiulare,specifice scurtcircuitelor eliminate prin protecii

simple, i caracterizate prin meninerea tensiunii practic constant pe durata golului, goluri de tensiune exponeniale, specifice pornirii prin conectare direct la reea a

motoarelor de mare putere, i caracterizate printr-un salt brusc al tensiunii la nceputulgolului i printr-o revenire practic exponenial a acesteia,

goluri de tensiune de form complex,provocate de funcionarea n trepte a proteciilorcare elimin defectul, i caracterizate printr-o funcionare n trepte a tensiunii.

5.3.1. Indicatori pentru aprecierea golurilor de tensiuneDefinirea golului de tensiune se face sub aspectul profunzimii ( denumit i amplitudine negativsau pe scurtamplitudine) i a duratei golului.Amplitudinea golurilor de tensiunepoate fi definit ca diferen ntre tensiunea pe duratagolului i tensiunea nominal, exprimat n procente din tensiunea nominal. Se pot utilizadiferii indicatori pentru calculul amplitudinii unui gol de tensiune, cum ar fi de exemplu:

amplitudinea golului de tensiune pe faz: se calculeaz dac se cunoate variaia tensiuniide faz pentru diferite tipuri de incidente, cu relaia:

f

Nf

fNf

Nf

g

g uU

UU

U

UU =

=

= 1 , (5.15)

undeUf reprezint modulul aceleia dintre tensiunile de faz care se ia n considerarepe durata golului, uf - tensiunea rezidual de faz a golului, UNf - tensiuneanominal pe faz a reelei;

amplitudinea golului de tensiune direct , care se calculeaz cu relaia:

d

Nf

dNf

Nf

dd u

U

UU

U

UU =

=

= 1 , (5.16)

unde Ud este modulul tensiunii de succesiune direct pe durata golului iarudeste

tensiunea rezidual direct a golului.Durata olurilor de tensiunede o anumit amplitudine se poate exprima prin relaia:

[ ]sttt ifg = , (5.17)undetii tf reprezint momentul iniial, respectiv, cel final al golului.n Romnia, prin gol de tensiune se nelege o variaie negativ a valorii efective a tensiunii uneireele, avnd o amplitudine cuprins ntre o valoare minim sesizabil de aproximativ 20% UN i100%, durata variaiei de tensiune fiind de cel mult 3 secunde. Menionm c n Romnia,golurile de tensiune de amplitudine 100%UN precum i situaiile eliminate prin sistemeleautomate (AAR, RAR i DAS), nu sunt considerate ntreruperi n alimentare.


25/66



Caracterul inevitabil al golurilor de tensiune, pe reelele electrice de alimentare, presupune oanumit frecven de apariie a acestora n diferitele noduri din sistem.Frecvena de apariie agolurilor de tensiune se poate exprima prin numrul de goluri de o anumit amplitudine i durat,care apar ntr-un punct oarecare al reelei, ntr-o anumit perioad de timp:

TNf gg = . (5.18)

5.3.2. Norme pentru goluri de tensiuneUn gol de tensiune produce ntotdeauna modificri ale regimului staionar normal de funcionare,ceea ce conduce la apariia unor regimuri de funcionare tranzitorii. Variaiile mrimilor de starepe durata regimurilor tranzitoriipot avea diferite efecte, care se pot caracteriza prin urmtoareleaspecte: pierderea stabilitii funcionrii, receptoarele cele mai afectate sunt motoarele electrice, creterea solicitrilor termice datorit supracurenilor care apar pe intervalul proceselor

tranzitorii, creterea solicitrilor produse de forele electrodinamice ca urmare a ocurilor de curent,

apariia unor suprasolicitri mecanice produse de ocuri de cuplu sau acceleraii mari ncazul sistemelor de acionri electrice,

afectarea serviciilor auxiliare, ca de exemplu pierderea presiunii uleiului de ungere sau adebitului fluidelor de rcire,

afectarea mrimilor de ieire i deci nrutirea calitii serviciilor utile.Stabilirea unor norme pentru golurile de tensiune presupune precizarea punctului de valabilitateal acestor norme: la bornele unui anumit tip de receptor sau ntr-un punct de livrare a energieielectrice ctre un abonat, cu care se stabilesc relaii contractuale.Limitele de imunitate ale receptoarelor electrice la goluri de tensiune sunt n general precizatede ctre fabricani, n funcie de clasa de imunitate a receptorului respectiv.Exemple:

redresoare cu semiconductoare cu clasa de imunitate A admit variaii de tensiune de scurtdurat (0,5...30 perioade) n domeniul 15%UN iar cele de clasa B i C n domeniul -10...+15%UN,

convertizoarele cu semiconductoare, care funcioneaz n regim de invertor, admiturmtoarele variaii de tensiune;- cele cu clas de imunitate A : 15%UN;- cele cu clas de imunitate B : -10...+15%UN;- cele cu clas de imunitate C : -7,5...+15%UN.

calculatoare, sisteme de comand i control i automatizri, golul de tensiune de oricedurat nu trebuie s depeasc 10% din UN.

n ceea ce privete stabilirea unornorme contractuale n punctul de delimitare ntre furnizorii i

consumatorii de energie electric prerile sunt mprite, att n privina necesitii introduceriin contractele de furnizare a unor norme cu privire la goluri de tensiune, ct i cu privire laindicatorii care ar putea fi normai, deci controlai i garantai.


26/66



Cursul 5

5.4. Indicatori i norme pentru impulsuri de tensiune (supratensiuni)

Prin impuls de tensiune se nelege o cretere brusc a tensiunii, pe un interval de timp de la

cteva microsecunde la zeci de milisecunde, dup care urmeaz restabilirea tensiunii la niveluliniial.Problema considerrii unor indicatori privind impulsurile de tensiune printre indicatorii calitiienergiei electrice este deocamdat mai puin studiat.Supratensiunile sunt abordate n legtur cu probleme de alegere i coordonare a izolaiei, avnddrept scop reducerea deteriorrilor provocate de solicitrile dielectrice aplicate echipamentelorelectrice i deci creterea siguranei n funcionare a instalaiilor.Un echipament electric este proiectat, din punct de vedere al izolaiei, s funcioneze la o tensiunemaxim admisibil, care este cea mai mare valoare efectiv a tensiunii ntre faze pentru care esteproiectat s funcioneze echipamentul din punct de vedere al izolaiei acestuia i al altorcaracteristici care pot fi legate de aceast tensiune. Aceast tensiune trebuie ns s fie cel puinegal cu valoarea maxim a tensiunii de serviciu a reelei n care va fi utilizat echipamentul, ncondiii normale de exploatare.Supratensiunile care apar ntr-un punct al reelei pot fi:

de trsnet: care apar datorit unei descrcri atmosferice sau a unei alte cauze fiind deobicei de o singur polaritate i de durat foarte scurt (au amplitudinea de ordinul miilorde kV i durata de ordinul microsecundelor,

de comutaie: care apar datorit unei operaii de comutare, a unui defect sau a altor cauzefiind d obicei puternic amortizate (de 1,5-3 ori valoarea de vrf a tensiunii de linie sau defaz) i de scurt durat (jumtate de und la frecvena reelei),

temporare: care sunt provocate de comutaii (deconectarea brusc a unei sarciniimportante), de apariia unor defecte (de exemplu monofazate)saude unele fenomene

neliniare (ferorezonan, armonici)fiind oscilai neamortizate sau slab amortizate faz-pmnt sau ntre faze, cu durat relativ mare.Supratensiunile fiind ntotdeauna fenomene tranzitorii, ele se pot mprii n dou categorii:

puternic amortizate i de durat relativ scurt, neamortizate sau slab amortizate i de durat relativ lung.

Supratensiunile se pot datora unor fenomene atmosferice sau unor manevre de comutaie pepartea furnizorului a cror valoare depind de caracteristicile tehnice ale descrctoarelor i dedistana dintre echipamentul studiat i descrctoare sau au sediul n instalaiile utilizatoruluifiind provocate de condiii meteorologice locale, de comutaia unor sarcini sau de eliminarea unuidefect putnd avea valori destul de nsemnate.Printre indicatorii de apreciere a supratensiunilor, n scopul studierii coordonrii izolaiei, se

numr: valoarea n uniti relative a supratensiunii faz pmnt: care reprezint raportuldintre valoarea de vrf a unei supratensiuni ntre faz i pmnt i valoarea tensiunii faz pmnt, corespunztoare tensiunii celei mai ridicate a reelei,

valoarea n uniti relative a supratensiunii ntre faze :care reprezint raportul dintrevaloarea de vrf a unei supratensiuni ntre faze i valoarea tensiunii faz pmnt,corespunztoare tensiunii celei mai ridicate a reelei.


27/66



Unii autori consider c normarea unor indicatori pentru impulsurile de tensiune i mai alesgarantarea lor n punctele de livrare nu este posibil fiindc:

nu exist suficiente date cu privire la impulsurile de tensiune (mai ales pentru reeleaeriene de 0,4 kV), iar datele existente nu sunt suficient de reprezentative pentru aconstitui o baz de normare,

impulsurile de tensiune garantate la punctul de livrare a energiei electrice nu pot fi maimici ca tensiunea de strpungere a descrctorului, iar normele determinate de rigiditateadielectric a izolaiei nu pot fi eficient utilizate pentru aprecierea calitii energieielectrice.

Exemplu: impulsurile de trsnet n reelele aeriene de 220/380 V sunt limitate de descrctoare la10 12 kV, iar cele de comutaie la 4,5 kV n timp ce compatibilitatea electromagnetic a unorechipamente electronice se asigur pentru impulsuri de cel mult 500 1000 V, valori care nu potfi garantate de furnizor, deci nu pot fi nscrise ntr-un standard al calitii energiei electrice, darnici frecvena impulsurilor de trsnet nu poate fi normat.

5.5. Indicatori i valori normate pentru aprecierea nesimetriei unui sistem trifazat de

tensiuni

Regimul nesimetric poate fi: temporar, produs de defecte ca de exemplu scurtcircuite nesimetrice, funcionarea n

dou faze a liniilor electrice aeriene, permanent, produs de

sarcinile dezechilibrate pe cele trei faze ale reelei de alimentare de curentalternativ trifazat,

receptoarele monofazate, receptoare trifazate (cuptoare electrice cu arc), nesimetria impedanelorreelelor electrice pe cele trei faze.

Cele mai rspndite metode pentru calculul regimurilor trifazate nesimetrice ale unor circuiteliniare sunt cele care utilizeaz ca mrimi de calcul auxiliare componentele simetrice.Controlul calitii energiei electrice ntr-un anumit nod al sistemului electroenergetic presupuneestimarea unor indicatori ai regimului nesimetric n nodul respectiv i compararea acestora cuvalori normate.

5.5.1. Indicatori pentru aprecierea regimurilor nesimetricen majoritatea rilor, nesimetria unui sistem trifazat de tensiune se apreciaz prin coeficieni careexprim procentual raportul dintre componenta de succesiune (secven) invers i/sauhomopolar a tensiunii, pe de o parte i tensiunea nominal sau componenta de succesiunedirect, pe de alt parte.

5.5.1.1. Coeficieni de disimetrie i asimetrieConform normelor CEI, de care s-a inut seama i la elaborarea normelor romneti,caracterizarea mrimilor nesimetrice ntr-un nod al sistemului electroenergetic se face cuurmtorii indicatori:

coeficientul de disimetrie

d

i

dA

Ak = , (5.19)


28/66



unde Ai reprezint componenta de succesiune invers (denumit n unele norme de secvennegativ) a tensiunii sau a curentului, iarAd este componenta de succesiune direct (denumit nunele norme de secven pozitiv) a tensiunii/a curentului.Estimarea coeficientului de disimetrie se poate face prin msurtori sau se pot folosi relaiiaproximative. Pentru nodurile n care se racordeaz consumatori monofazai i care sunt relativ

deprtate de generatoare electrice de mare putere (deci pentru reelede medie tensiune) se poatefolosi relaia aproximativ:

[ ]%100100sc

Nmf

d

i

dS

S

U

Uk = , (5.20)

unde SNmf reprezint puterea nominal a sarcinii monofazate, iar Ssc - puterea de scurtcircuittrifazat a reelei n nodul de racordare a sarcinii monofazate.Dezechilibrul tensiunilor poate fi msurat cu trei voltmetre, care transmit informaii la uncalculator numeric. Conform recomandrilor internaionale, msurtorile de evaluare aindicatorilor de calitate a energiei electrice pot fi efectuate la urmtoarele intervale de timp:

interval foarte scurt (very short interval), TVS=3 secunde, interval scurt (short interval),TSH=10 minute,

interval lung (long interval) ,TL=1 or, zilnic (one day interval),TD=24 ore, sptmnal (one week interval),TWk=7 zile.

Pentru aprecierea regimului nesimetric, pe fiecare interval de timp considerat, se msoar Nvalori ale coeficientului de disimetrie iar pe baza acestor date se determin valoarea medieptratic a coeficientului de disimetrie, corespunztoare intervalului de timp considerat.n cazul cnd se apreciaz nesimetria unui sistem trifazat de tensiuni, coeficientul de disimetriepoate fi calculat pentru fiecare prelevare de date cu relaia :

631

631

+

=dk , (5.21)

unde:

( )2222444

TRSTRS

TRSTRS

UUU

UUU

++

++= , (5.22)

n careURS,UST,UTR sunt tensiunile ntre faze.Relaia (5.21) poate fi utilizat i pentru calculul nesimetriei unui sistem trifazat de cureni,nlocuind n relaia (5.22) tensiunile Uprin curenii Icorespunztori.Valoarea medie ptratic a coeficientului de disimetrie pentru intervalul de timp foarte scurt (3secunde) sedetermin cu relaia:

( )N

k

vsk

N

j

dj

d

=

=1

2

. (5.23)

Valoarea medie ptratic pe interval scurt ( )shkd

, (10 minute), se calculeaz cu o relaie de

forma celei (5.23), lund n considerare toate valorile ( )shkd

,j, care au fost nregistrate pe duratade 10 minute.


29/66



Cei mai importani indicatori care trebuie reinui la sfritul fiecreizile sunt urmtorii: kd(vs) max, kd(sh) max valoarea cea mai mare dintre toate valorile medii

ptratice determinate pe intervale foarte scurte (3 sec), respectiv scurte (10 min), kd(vs)(95%) valoarea medie ptratic n intervalul de o zi, corespunztoare

probabilitii cumulate de 95% (adic valoarea care este depit numai n 5%

din intervalele de 3 sec.), kd(vs)(99%) - valoarea medie ptratic n intervalul de o zi, corespunztoareprobabilitii cumulate de 99% (adic valoarea care este depit numai n 1%din intervalele de 3 sec.).

Estimarea nesimetriei tensiunii prin valoarea medie ptratic a indicatorilor de regimnesimetric este util doar pentru estimarea pierderilor medii de putere i energie datoratenesimetriilor i rspunde doar parial necesitii de evideniere a implicaiilor tehnico-economiceale nesimetriilor n instalaiile electriice.

Coeficientul de asimetrie

d

h

aA

Ak = , (5.24)

unde Ad este componenta de succesiune direct (de secven pozitiv) a tensiunii sau acurentului, Aheste componenta de succesiune homopolar (de secven zero) a tensiunii sau acurentului.5.5.1.2. Coeficienii desuccesiune invers, respectiv homopolarn unele norme utilizate pentru aprecierea nesimetriei se definesc coeficienii de succesiuneinvers, respectiv homopolar, care se determin cu relaii asemntoare cu cele prezentate nparagraful anterior, dardifer modul de calcul.

a) Coeficientul de succesiune invers[ ]%100

N

ii

U

Uk = , (5.25)

unde Ui reprezint valoarea efectiv [kV] a tensiunii de succesiune invers pentru frecvenafundamental a sistemului trifazat de tensiuni, UN valoarea nominal a tensiunii de linie areelei, n kV.Calculul valorii efective a tensiunii de succesiune invers se face cu relaia:

+

+

=

222

22

22

243

12

1

RS

TRST

RS

RS

TRST

STRSiU

UUU

U

UUUUU , (5.26.a)

sau, acceptnd o eroare de maxim 8%, cu relaia:

minmax62,0 UUU i = , (5.26.b)

n careURS,UST,UTRreprezint valorile efective ale tensiunii de linie de frecvena fundamentalei,n kV, Umax cea mai mare valoare efectiv a tensiunii de linie, dintre cele trei tensiuni defrecven fundamental, n kV, Umin cea mai mic valoare efectiv a tensiunii de linie, dintrecele trei tensiuni de frecven fundamental, n kV.

b) Coeficientul de succesiune homopolarn reele trifazate cu conductor neutru, acest coeficient se calculeaz cu relaia:

[ ]%100Nf

h

hU

Uk = , (5.27)


30/66



unde Uh reprezint valoarea efectiv a tensiunii de succesiune homopolar pentru frecvenafundamental, n kV, iarUNf valoarea nominal a tensiunii de faz a reelei, n kV.Pentru calculul valorii efective a tensiunii de succesiune homopolar se poate utiliza relaia:

22

61

hBhAh UUU += , (5.28.a)

n care:

RS

RS

RS

TRST

hAU

UU

U

UUU

2222

3

= ,

222

2

222

2434

+

+

=

RS

RS

RS

SRS

RS

TRST

SThBU

U

UUUU

U

UUUU ,

sau, acceptnd o eroare de maxim 10%, cu relaia:

min,max,62,0 ffh UUU = , (5.28.b)

unde: URS,UST i UTR reprezint valorile efective ale tensiunii de linie de frecvenfundamental, n kV, UR, US i UT reprezint valorile efective ale tensiunii de faz de frecven

fundamental, n kV, Uf,max cea mai mare valoare efectiv dintre cele trei tensiuni de faz defrecven fundamental, n kV, Uf,min cea mai mic valoare efectiv dintre cele trei tensiuni defaz de frecven fundamental, n kV.

5.5.2. Valori normate pentru nesimetriePentru limitarea efectelor negative ale nesimetriei sistemelor trifazate, n standarde i/sauprescripii, se indic valori maxime admisibile pentru unii dintre indicatori de apreciere anesimetriei.Att n cazul normelor pentru regim nesimetric, ca i n cazul altor indicatori de calitate atensiunii, trebuie precizat n mod obligatoriu punctul de valabilitate al normelor:

la bornele receptoarelor de un anumit tip,

la punctul de delimitare a reelei furnizorului de cea a consumatorului de energie electric, n punctul comun de racord cu reeaua public i/sau cu ali consumatori.

5.5.2.1. Normarea tensiunii de succesiune inversCurenii de succesiune invers pot influena negativ productivitatea i randamentul receptoarelorelectrice i datorit faptului c se repartizeaz, pe sursele din reeaua de alimentare, n raportinvers cu impedana acestora, n reeaua respectiv de alimentare pot aprea:

pierderi suplimentare importante n rotoarele generatoarelor i motoarelor sincrone princureni Foucault,

pierderi n motoare electrice, nclziri locale, cupluri pulsatorii suplimentare de frecvenridicat, ce pot provoca vibraii puternice ale mainilor i diminuarea randamentuluimotoarelor,

influene asupra liniilor de telecomunicaii.Conform normelor stabilite de CEI , pentru punctele de racord din mediu industrial, serecomand urmtoarele niveluri de compatibilitate referitoare la nesimetria tensiunii:

instalaii de clas 1 i 2: Ui/Ud


31/66



nRomnia: valoarea coeficientului de disimetriekd(vs) 95%, estimat prin msurtori, s fie cel mult

2% pentru reelede joas tensiune i de medie tensiune, i de cel mult 1% pentru reele denalt tensiune,

ntr-un nod de reea n care se racordeaz o substaie electric de cale ferat, coeficientul

de disimetrie trebuie s fie cel mult 2%, tensiunea de alimentare a transformatoarelor (STAS 1703) se consider practic simetricatunci cnd componentele invers i homopolar ale sistemului de tensiuni nu depesc2% din componenta direct a tensiunii,

tensiunea de alimentare a mainilor electrice (STAS 1893) se considerpractic simetricatunci cnd componenta invers a sistemului de tensiuni nu depete 1% din componentadirect a tensiunii pe o perioad de timp ndelungat, sau 1,5% pe o perioad de timp decteva minute, iar componenta homopolar a sistemului de tensiuni nu depete 1% dincomponenta direct a tensiunii. n locul componentei inverse a sistemului de tensiunipoate fi msurat componenta invers a sistemului de cureni, care trebuie s fie sub 2,5%din componenta direct a sistemului de cureni. n prezena unor cureni de succesiune

invers n nfurrile statorice, motoarele asincrone sunt supuse unui cmp magneticnvrtitor de sens invers, care se suprapune peste cel normal i ale crui efecte sunt: reducerea cuplului dezvoltat de motor, creterea curentului statoric, inducerea n rotor a unor cureni avnd frecvena dubl fa de frecvena

nominal, care provoac nclziri suplimentare.Tabelul 5.1.

Condiii de funcionare dezechilibrat pentru maini sincrone

Tipul mainii sincroneFucionare permanent Defect

I i/IN (I i/IN) tCu poli apareni

rcire indirect:- motoare +compensatoare,- generatoare

rcire direct a statorului i/sau a excitaiei- motoare +compensatoare,- generatoare

0,10,08

0,080,05

2020

1515

Cu poli necai rcire indirect

- cu aer,- cu hidrogen.

Rcire direct (intern) a rotorului:

- 350 MVA900 MVA1250 MVA


32/66



mainile sincrone (CEI i STAS 1893/1-87) pot funciona n permanen pe o reeanesimetric dac nici unul din curenii de faz nu depesc curentul nominal, iar raportuldintre componenta invers a sistemului de cureni i curentul nominal s nu depeascvalorile din tabelul 5.1. n caz de defect, produsul dintre raportul ( )2/

NiII i timpul t , n

secunde, s nu depeasc valorile din tabelul 5.1.

5.5.2.2. Normarea tensiunii de succesiune homopolarNormarea tensiunii de succesiune homopolar este dificil, fiindc nu exist suficiente informaiicu privire la efectele pe care le exercit acest indicator asupra echipamentelor.Generatoarele mai mici sunt legate de regul direct la sistem, fr intermediul unortransformatoare de bloc, astfel nct defectele de punere la pmnt aprute n generator sau nsistem vor produce n generator, pe lng curenii de succesiune direct i invers, i cureni desuccesiune homopolar. n acest caz, fluxurile produse de curenii homopolari nu vor urmatraseele normale i datorit faptului c aceti cureni sunt sinfazici, nefiind defazai ntre ei cu 120grade, fluxurile produse de nfurri vor fi i ele tot sinfazice i vor induce fluxuri, n bucl

nchis, trecnd ns din exteriorul spre interiorul rotorului i apoi longitudinal, prin lagre,etanrile de hidrogen i carcas. n unele cazuri, se poate produce o magnetizare longitudinaldestul de mare i pot aprea cureni turbionari, care pot provoca deteriorri n lagre i netanrile de hidrogen.Conform standardelor romneti, sistemul tensiunilor de alimentare a transformatoarelorelectrice este considerat practic simetric dac componenta homopolar este sub 2% din cea desuccesiune direct, iar n cazul mainilor electrice sub 1%.


33/66



Cursul 6

5.6. Indicatori i valori normate pentru aprecierea formei nesinusoidale a tensiunii

(regimul deformant)

Regimul nesinusoidal se caracterizeaz prin deformarea undelor sinusoidale de tensiune i curenti prin apariia de armonici, care produc consecine nefavorabile asupra funcionriiconsumatorilor i a sistemului electroenergetic pe ansamblu.Pentru studiul mrimilor electrice periodice nesinusoidale se folosete analiza armonic,operaia de descompunere a unei oscilaii periodice oarecare n oscilaii armonice ale crorfrecvene sunt multiplii ntregi ai frecvenei fundamentale. Matematic aceast descompunere seexprim prin seria Fourier, a crei ecuaie cea mai general este:

( )[ ]NN

N tNYYy +=

=

sin1

0 , (5.29.a)

undeY0reprezint componenta continu a undei periodice, iarYN valoarea efectiv a armonicii

de ordinN. Dezvoltnd funcia sinus, relaia (5.29.a) devine:( ) ( )tNBtNAYy

NN

NN cossin

11

0

=

=

++= , (5.29.b)

22

NNN BAY += , (5.30.a)

N

NN

A

Btg = . (5.30.b)

Descompunerea n serie armonic a unei funcii periodice nesinusoidale const n gsirea valoriicoeficienilor lui Fourier (Y0, AN, BN).n cazul n care se cunoate expresia analitic a undei periodice nesinusoidale, analiza armonic

se poate face folosindmetoda integrrii, cu care coeficienii Fourier se calculeaz cu relaiile:( )=

T

N tdtnyT

A0

sin2

,

( )=T

N tdtnyT

B0

cos2

, (5.31)

=T

ydtT

Y0

0

1.

n cazul unei funcii periodice nesinusoidale, de form oarecare, perioada se mparte ntr-unnumr parde pri egale 2pi coeficienii Fourier se determin cu relaiile:

( )=

=p

kkN

pknY

pA

2

1

sin1 ,

( )=

=p

kkN

pknY

pB

2

1

cos1

, (5.32)


34/66

UniversitateaTransilvaniaBraov Catedra UNESCO S

calitatea energiei.pdf

Documents

Transcript of calitatea energiei.pdf