COSTURILE CALITII. STANDARDIZARE PRINCIPII, BENEFICII I CERINEMasterand,Marian SANDICA*Coordonator :Prof. dr. ing. Grigore FETECAU

*INDICATORI DE CALITATECalitatea energiei electrice - capacitatea furnizorului de energie electrica de a satisface nevoile exprimate referitoare la energia electric ale consumatorilor.Calitatea energiei electrice - ansamblul de insusiri pe care le are sistemul electroenergetic de a pune in permanenta la dispozitia consumatorilor o tensiune electrica cu anumite caracteristici: Forma - alternativ sinusoidal, Frecventa de valoare specificata, Valoarea efectiva de valoare specificata, Simetria retelei (pentru sistemele trifazate) - mentinute intre anumite limite, fixate contractual.Sistemul de indicatori ai calitatii energiei electrice este alcatuit din: Indicatorii ai formei semnalului de tensiune Caracteristicile variatiilor lente/rapide ale frecventei Caracteristicile variatiilor lente (abateri) sau ale variatiilor rapide (fluctuatii) ale valorii efective a tensiunii Caracteristici de simetrie in sistemele trifazate.

*In Romania definirea calitatii energiei electrice se face in reglementari: STAS 930 stabileste tensiunile nominale si abaterile admisibile ale tensiunii fata de aceste valori; PE 124 reglementeaza variatiile rapide si nesimetria tensiunii; PE 109 reglementeaza supratensiunile si protectia instalatiilor impotriva acestora; PE 142 reglementeaza unele aspecte privind flicker-ul; PE 143 trateaza regimurile nesimetric si deformant. Calitatea energiei electrice depinde nu numai de furnizorul de energie electrica ci si de toti utilizatorii racordati la aceeasi retea electrica.INDICATORI DE CALITATE

*CALITATEA FRECVENTEIMentinerea valorilor frecventei sistemului energetic intr-un domeniu admisibil este conditionata de mentinerea echilibrului intre resursele de energie primare si consumul de energie electrica al sistemului.

Situatii de neechilibru intre cererea si oferta de putere: inertia mare de raspuns a instalatiilor de producere, lipsa de agent primar, lipsa de capacitate in grupurile energetice.

Pe durata dezechilibrului, turatia rotoarelor generatoarelor de energie electrica si, implicit, frecventa sistemului descreste. Acest fenomen duce la perturbarea tuturor proceselor de conversie a energiei, de la surse si pana la receptoare.

*Indicatori de estimare a variatiilor frecventei

- abaterea absoluta momentana a frecventei fata de valoarea nominala: f = f - fn - abaterea absoluta medie a frecventei fata de valoarea sa nominala: f = 1/T f(t).dt - coeficientul de variatie a frecventei: CVf = f / f, unde: f frecventa medie pe intervalul T; f abaterea medie patratica a frecventei fata de valoarea sa medie.Limitele de imunitate la variatii de frecventa ale diferitelor categorii de receptoare electrice: in general, se accepta abateri de frecventa de aprox. 1 Hz (2%); in Romania, regulamentul pentru furnizarea energiei electrice prevede obligatia furnizorului de a mentine frecventa de 50 Hz, cu o abatere de cel mult 0,5 Hz (1%): 49,5Hz 50,5 Hz

CALITATEA FRECVENTEI

*Situatii de non-calitate: variatii ale valorilor efective ale tensiunilor de faza de la valoarea nominala, abateri de la forma pur sinusoidala a tensiunilor pe faza.Variatia de tensiune intr-un punct al retelei la un moment dat - diferenta algebrica dintre tensiunea de serviciu din acel punct si tensiunea nominala a retelei respective: U= US-UN

Clasificarea variatiilor de tensiune dupa viteza de variatie a tensiunii: Variatii lente sau abateri de tensiune, avand viteza de variatie sub 1 % / s;Variatii rapide sau fluctuatii de tensiune, cu viteza de variatie peste 1 %/ s.Variatii rapide se considera variatiile continue ale tensiunii de orice forma, avand frecventa de variatie intre 0,0010,003 si 25 Hz, precum si variatiile bruste ale tensiunii care se petrec 1-2 /ore, cu frecventa > 0,0001 Hz (de exemplu, ca urmare a pornirii motoarelor).

CALITATEA TENSIUNII

*b) Clasificarea variatiilor de tensiune dupa durata lor:Variatii ale tensiunii de lunga durata: functionarea stationara la tensiune diferita de cea nominala, care apare ca urmare a unui reglaj defectuos sau a supraincarcarii retelelor; functionarea de durata cu variatii avand caracter cvasiperiodic, ce sunt produse de existenta unor sarcini pulsatorii (fenomenul de flicker); variatiile tensiunii, mergand chiar pana la intreruperi, care se mentin peste o anumita durata.

Variatii ale tensiunii de scurta durata: variatii de tensiune bruste, care sunt datorate unor defecte cu caracter rapid, trecator sau eliminate prinprotectii; variatii bruste produse de socuri de putere cu caracter pasager; disparitii scurte ale tensiunii, ca urmare a functionarii sistemelor automate (AAR, RAR, etc).CALITATEA TENSIUNII

*Limita de timp care desparte variatiile de scurta durata de cele de lunga durata este, in general, timpul necesar protectiilor, automatizarilor si echipamentelor de comutatie pentru a restabili tensiunea nominala, daca acest lucru este posibil. Cea mai indicata valoare este de 3 s.In functionarea retelelor electrice, tensiunea reprezinta un parametru variabil in spatiu si timp.

Variatia tensiunii in diferitele puncte ale retelei se datoreaza in principal caderilor de tensiune pe linii si transformatoare.

Variatia tensiunii in timp se datoreaza modificarii circulatiilor de puteri si/sau a configuratiei schemei electrice de functionare a retelei.

Caderi / pierderi de tensiune sunt date de diferenta algebrica/aritmetica dintre valorile efective ale tensiunii inregistrate in doua noduri ale retelei, avand aceeasi tensiune nominala.CALITATEA TENSIUNII

* I. Variatii lente de tensiune

Sunt variatiile tensiunii de aprox. 1020 % fata de valoarea nominala, cu o periodicitate de cel putin 5-10 min. Se datoreaza variatiilor progresive ale sarcinii si sunt compensate prin reglajul sub sarcina al transformatoarelor. Pot conduce la pierderi suplimentare de energie, la micsorarea duratei de viata a echipamentelor, la scaderea productivitatii.

- Dispersia abaterilor de tensiune fata de abaterea medie. - Gradul de iregularitate a tensiunii sau valoarea medie patratica a abaterii de tensiune

Se foloseste pentru evaluare calitatii energiei electrice d.p.d.v. a variatiilor lente de tensiune.

CALITATEA TENSIUNII

*Norme privind indicatorii de variatie lenta a tensiunii Abaterile procentuale admisibile ale tensiunii de serviciu in punctele de livrare pentru retelele a caror tensiune nominala < 220 kV, nu trebuie sa depaseasca 10 % din Un; Pentru tensiuni nominale > 220 kV, abaterile de tensiune nu sunt standardizate. In cazul retelelor de iluminat, caderea de tensiune admisibila este: - de - 3 % din Un daca alimentarea se face din reteau furnizorului, - de - 8-10 % din Un daca se face alimentarea din surse independente.Compensarea variatiilor lente de tensiune Prin reglajul de tensiune se urmareste incadrarea tensiunilor in benzile admisibile, in scopul minimizarii pierderilor de energie si al sigurantei in functionare a sistemului. Circulatia puterii reactive influenteaza sensibil reglajul de tensiune.Sursele de putere reactiva, care pot fi utilizate la reglajul tensiunii sunt: masinile (compensatoarele) sincrone; condensatoarele statice; prin interventia asupra raportului de transformare al (auto)transformatoarelor. CALITATEA TENSIUNII

* Fluctuatiile de tensiune - variatii de tensiune cu caracter repetitiv, ciclice sau aleatorii care au loc pe barele de alimentare ale unui consumator. Cauze - functionarea cu socuri de putere reactiva a unor receptoare:- in retele de joasa tensiune: frigidere, ascensoare, aparate de sudura;- in retele de medie tensiune: pompe, locomotive electrice;- in retele de inalta tensiune: cuptoare cu arc electric, laminoare.Fluctuatiile de tensiune pe barele de alimentare determina efect de FLICKER = evaluat prin jena fiziologica asupra ochiului uman, la variatie fluxului luminos al lampilor electrice alimentate de la aceste bare.S-a constatat ca jena maxima se resimte pentru o frecventa de repetitie a fluctuatiilor de aprox. fr=10 Hz, in conditii de amplitudine constanta.Pentru caracterizarea efectului de flicker se definesc urmatorii indicatori de calitate:- Indicatorul de flicker instantaneu P este evaluat pe baza variatiilor de tensiune pe barele de alimentare.-Indicatorul de timp scurt Pst - prelucrarea statistice a nivelurilor instantanee P, pe un interval determinat de timp (de obicei 10 min.).-Indicatorul de flicker pe tremen lung Plt - definit pe baza indicatorui de timp scurt, determinate pe intervalul d urmarire de 2 ore.CALITATEA TENSIUNII

*Limitarea fluctuatiilor de tensiune si a flickerului pentru echipamentele racordate la retelele de medie si joasa tensiuneFactori care determina efectul de jena fiziologica asupra ochiului uman la fluctuatiile de tensiune: tipul fluctuatiilor de tensiune , caracteristica instalatiilor de iluminat, raspunsul ochiului uman la fluctuatii ale fluxului luminos.Evaluarea flickerului se face pe baza unor masuratori cu flickermetru: pe termen scurt (10 min.) Pst iar pe termen lung (2 ore) Plt Se limiteaza conectarea echipamentelor cu socuri de putere in reteaua de joasa tensiune daca acestea depasesc indicatorilor planificati de flicker.Mijloace de limitare a nivelului fluctuatiilor de flickeCombaterea efectului de flicker in retele cuprinde urmatoarele faze: la proiectare pentru receptoarele perturbatoare; in exploatare prin utilizarea mijloacelor pentru amelioarea efectului de flicker; masuratori pentru evaluarea eficientei masurilor adoptate.Metode folosite pentru limitarea efectelor perturbatoare determinate de consumatorii cu socuri asupra celorlalti consumatori:- alegerea corespunzatoare a schemei de alimentare separare galvanica a barelor care alimenteaza consumatorii cu socuri si ceilalti consumatori; - compensarea dinamica a puterii reactive absorbita de consumatorul cu socuri - compensatoare sincrone cu reglaj rapid, baterii de condensatoare cu comanda in timp real CALITATEA TENSIUNII

* GOLURI DE TENSIUNE Golul de tensiune este o reducere instantanee si temporara a tensiunii intr-un nod al retelei electrice, care se manifesta prin:

variatii bruste de tensiune datorate unor defecte cu caracter rapid, trecator sau eliminarea prin protectii;disparitii scurte ale tensiunii ca urmare a functionarii automatizarilor de sistem (AAR-RAR).Duratele golurilor de tensiune sunt uzual intre 60 ms si 3 s, dar sunt posibile si durate de 10 ms, in special cand defectele sunt eliminate prin sigurante. Cauzele golurilor de tensiune:evenimente atmosferice: descarcari atmosferice, furtuna, viscol, chiciura, depuneri de sare sau poluanti atmosferici pe izolatie;interferente si defectari mecanice: contacte cu vehicul (echipamente de constructie, de excavatie), animale si pasari, copaci inalti, stricaciuni intentionate;caderi ale retelei datorita deteriorarii, coroziunii, imbatranirii, defecte de constructie;accidente sau erori in operatiuni sau intretinere, evenimente majore naturale: viituri, caderi de pamant, cutremure, avalanse.Golurile de tensiune au un caracter inevitabil si aleatoriu; ele pot aparea atat in reteaua electrica a distribuitorului, cat si in cea a utilizatorului.CALITATEA TENSIUNII

* GOLURI DE TENSIUNE

Metode si mijloace de atenuare La nivelul distribuitorului se pot folosi:

sursele neintreruptibile (SNI);dispozitive de conditionare a calitatii energiei electrice;rezervarea caii de alimentare.

La nivelul consumatorului, prin stocarea energieiprin alimentarea de la o alta sursa

Dispozitive de conditionare a calitatii energiei electrice:- transformatoare ferorezonante (transformatoare de tensiune constanta) - sintetizatoare magnetice - surse neintreruptibile (SNI/UPS) .

CALITATEA TENSIUNII

*Regimul deformant este regimul permanent de funcionare a reelelor electrice de tensiune alternativa, in care curbele de variatie in timp de tensiune si de curent sunt periodice si cel putin una dintre ele nu este sinusoidala.

Consumatorul deformant este consumatorul care detine elemente care genereaza, in punctul de delimitare un regim deformant.

Distorsiunea armonica a unei curbe reprezint o abatere periodic, in regim permanent, de la forma sinusoidal a curbei (de tensiune sau de curent electric) de frecven caracteristic sistemului analizat

REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

* Tipuri de distorsiunea armonic in sistemul electroenergetic: componente continue, armonici, interarmonici, impulsuri de comutatie, zgomote.

Deformarea curbei de tensiune determinata de fenomene de comutatie la un convertor trifazat.

REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

*Spectrul nivelului armonic al unui curent electric nesinusoidal Factorul de form - - pentru o curba nesinusoidal, kf = 1,11;-- pentru o curba periodica mai aplatizata decat o sinusoida, kf < 1,11; - pentru o curba periodica mai ascutita decat o sinusoida, kf > 1,11. Spectrul fazelor iniiale ale armonicilor unui curent electric nesinusoidal REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

*Compunerea curbei de frecventa fundamentala cu o curba corespunzatoare armonicii de rang 3, in opozitie de faza (a) si in faza (b), in raport cu fundamentala: 1 - fundamentala; 2 - armonica de rang 3; 3 - curba rezultant.

REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

* Efectele poluarii armonice Din punct de vedere tehnic:

- datorita curentilor armonici apar: pierderi Joule, perturbatii in domeniul audiofrecventei - datorita tensiunilor deformate apar: pierderi in circuitele magnetice si materialele dielectrice, supratensiuni - functionarea este afectata de prezenta armonicilor de tensiune si/sau de curent: sisteme de comanda si control, echipamente sincronizate cu tensiunea retelei etc.

Din punct de vedere economiccresterea cheltuielilor de fabricatiecresterea cheltuielilor de exploatarecresterea cheltuielilor de producere a energiei electrice . REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

*REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC Cauze ale nesimetriei:

a) Cauze datorate nesimetriilor temporare: scurtcircuite nesimetrice, intrerupere a unei faze, defecte la consumatori

b) Cauze datorate nesimetriilor permanente:sarcini monofazate sau bifazate concentrate, racordate la reteaua de alimentare de tensiune alternative trifazata;repartitia neuniforma a receptoarelor monofazate pe cele trei faze ale retelei (iluminat stradal, consumatori casnici, etc.);receptoare bifazate (aparate de sudura electrica, cuptoare electrice de inductie la frecventa industriala, traciunea electrica, etc.);receptoare trifazate de constructie nesimetrica (cuptoare cu arc electric);impedante diferite ale liniilor electrice pe cele trei faze (in special, liniile electrice aeriene) dezechilibrul permanent al fazelor reteli datorat dispunerii spatiale nesimetrice a conductoarelor.

*Efecte ale nesimetriei tensiunilor de alimentare constau in:

incalziri in masinile electrice rotative de tensiune alternative trifazata datorita pierderilor suplimentare introduce de curentii de secventa negativa si zero care parcurg infasurarile masinilor;

cupluri pulsatorii de frecventa ridicata in masinile electrice rotative, care reprezinta cupluri inverse de franare parazite; datorita acestor cupluri apar vibratii, care se accentueaza in cazul nesimetriilor fluctuante;

influente negative asupra liniilor de telecomunicatii;

reducerea puterii reactive furnizata de bateriile de condensatoare;

alterarea calitatii energiei electrice distribuite altor clienti.

REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC

*Obligatiile furnizorului de energie electrica:

este responsabil de calitatea energiei electrice livrata consumatorilor;stabileste, conform normativelor in vigoare, cotele allocate consumatorilor perturbatori astfel incat nivelul nesimetriei in retea sa nu depaseasca valorile limita admise;monitorizeaza emisia perturbatoare a consumatorilor si verifica incadrarea acestora in limitele allocate;transmite consumatorului perturbator datele necesare proiectarii instalatiei de simetrizare a sarcinii.

Obligatiile consumatorului de energie electrica:trebuie sa ia masuri ca nesimetria introdusa in retea sa se incadreze in cota alocata de catre furnizor, astfel incat san u depaseasca nivelul de 2% in punctual de alimentare;transmite furnizorului datele necesare evaluarii emisiilor poluante;in cazul depasirii nivelului alocat, va adopta masuri pentru limitarea nesimetriilor;la orice modificare sau iesire din functiune a instalatiei de limitare a nesimetriilor este informat furnizorul de energie electrica.REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC

* Simetrizarea naturala se realizeaza prin urmatoarele mijloace:transpunerea conductoarelor la liniile electrice aeriene de inalta tensiune si foarte inalta tensiune;reconfigurarea schemei de alimentare a receptoarelor consumatorilor;racordarea consumatorilor care introduce nesimetrii la un nivel de tensiune superior.

Simetrizarea artificialaschema de simetrizare cu transformatoare monofazate (schema Scott)scheme de simetrizare cu compensare (schema Steinmetz)

REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC