1

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE N DOMENIUL CALITII ENERGIEI ELECTRICE

1.1. Definirea calitii energiei electrice

Calitatea, conform definiiei formulate de Organizaia Internaional de Standardizare ISO (Internaional Standard Organisation), reprezint totalitatea caracteristicilor i a particularitilor unui produs sau serviciu, care concretizeaz aptitudinea de a rspunde la necesiti poteniale sau exprimate ale utilizatorului.

Calitatea oricrui produs sau serviciu este o noiune complex pentru conturarea creia se impune luarea n consideraie a unui numr mare i variat de factori. n acelai timp, noiunea de calitate trebuie s sintetizeze acele caracteristici care, n raport cu specificul produsului sau serviciului, au ponderi i semnificaii distincte.

Energia electric este considerat n prezent un produs, livrat de furnizor consumatorilor.

Calitatea energiei electrice a preocupat specialitii din sectorul electroenergetic nc din primii ani ai utilizrii, pe scar larg, a curentului alternativ. n ultimul deceniu, se constat ns o revigorare a interesului pentru acest domeniu, datorit dezvoltrii explozive a echipamentelor i a tehnologiilor bazate pe electronica de putere.

n prezent, calitatea energiei electrice constituie o preocupare major att pentru furnizori, ct i pentru consumatorii de energie electric.

Termenul de "calitate a energiei electrice" (power quality) a

devenit deosebit de frecvent dup anul 1980 i reprezint un

2

generic acoperitor pentru luarea n considerare a influenei unui mare numr de perturbaii electromagnetice care pot s apar n sistemul electroenergetic (n special la medie i joas tensiune). De menionat faptul c sintagma de "calitate a energiei electrice" nu este unanim acceptat i utilizat pe plan mondial, existnd n prezent mai muli termeni folosii n relaia furnizor de energie electric consumator.

O definiie simpl, acceptat de cei mai muli utilizatori este interpretat ca: energia electric este de bun calitate dac instrumentele conectate la o instalaie electric funcioneaz satisfctor.

De obicei, o calitate inferioar a energiei electrice furnizate, conduce la resetri repetate ale calculatorului, blocri ale dispozitivelor electrice sensibile, funcionri defectuoase ale comenzilor electronice sau a driverelor dispozitivelor electronice.

Pe de alt parte, companiile furnizoare de energie electric caracterizeaz calitatea energiei electrice prin parametrii tensiunii care influeneaz echipamentele sensibile. Cauza multor probleme a fost gsit n perturbaiile tensiunii de alimentare.

O alt definiie a calitii energie electrice se bazeaz pe principiul compatibilitii electromagnetice: Termenul de calitatea energiei electrice se refer la o varietate larg de fenomene electromagnetice care caracterizeaz tensiunea i curentul la un anumit timp i un anumit loc n sistemul energetic.

Comisia Internaional de Electrotehnic (IEC) definete calitatea energiei electrice: Caracteristicile electricitii, la un punct dat n sistemul energetic, comparate cu un set de parametrii tehnici de referin.

Se ntlnesc frecvent urmtorii termeni tehnici: Calitatea energiei electrice (Power Quality): termenul a

fost propus n S.U.A. de IEEE i preluat de majoritatea publicaiilor de limb englez. Calitatea energiei electrice, conform IEEE reprezint "conceptul alimentrii i legrii la pmnt a echipamentelor sensibile, ntr-un mod care s permit funcionarea corect a acestora". De fapt, n pofida acestei definiii, termenul este utilizat ntr-un sens mult mai larg,

3

referindu-se att la problema polurii armonice generate de sarcinile neliniare, ct i la alte tipuri de perturbaii electromagnetice aprute n sistemele electroenergetice.

Compatibilitate electromagnetic (Electromagnetic Compatibility - EMC): termenul este utilizat de CEI (Comission

Electrotechnique Intemationale) i reprezint "aptitudinea unui echipament sau sistem de a funciona satisfctor n mediul su electromagnetic, fr a induce perturbaii inacceptabile n orice alt echipament sau sistem existent n acel mediu".

Calitatea tensiunii (qualit de la tension): termenul este utilizat n Frana i n diferite publicaii europene i se refer la abaterile formei curbei de variaie n timp a tensiunii de la sinusoida ideal''; poate fi interpretat ca referindu-se la calitatea "produsului" livrat de furnizor consumatorilor.

Calitatea curentului (current quality): este o definiie complementar celei anterioare i se refer la abaterile curentului fa de forma ideal (o curb sinusoidal de frecven i amplitudine constant i n faz cu tensiunea de alimentare); noiunea se folosete pentru a descrie performanele convertoarelor electronice.

Calitatea alimentrii cu energie electric (quality of supply/quality of power supply): reflect relaia furnizor consumator; are o component tehnic, calitatea tensiunii, descris anterior, i o alt component, frecvent denumit "calitatea serviciilor" (quality of service), care reflect relaiile cu consumatorul (viteza de rspuns la solicitrile acestuia, transparena tarifelor etc.).

Calitatea consumului (quality of consumption): reflect relaia consumator - furnizor; se refer la calitatea curentului, corectitudinea n plata facturii electrice etc.

n analiza problemelor legate de compatibilitate electromagnetic, standardele CEI opereaz cu urmtorii termeni importani:

- emisia (emission): se refer la nivelul polurii electromagnetice produs de un echipament;

4

- imunitatea (immunity): reflect capacitatea unui echipament de nu fi afectat de poluarea electromagnetic.

1.2. Probleme tehnice privind calitatea energiei electrice

Problemele legate de poluarea armonic reprezint unul dintre aspectele importante n relaia furnizor de energie electric - consumator, iar adoptarea unor msuri eficiente pentru asigurarea calitii energiei electrice n prezena surselor perturbatoare preocup n mare msur specialitii din sectorul electroenergetic.

Dezvoltarea industrial, utilizarea larg a tehnologiilor moderne, traciunea electric, utilizarea reglajelor cu mutatoare au condus la o important cretere a numrului surselor perturbatoare, determinnd o poluare din ce n ce mai intens a reelei electrice.

Totui, poluarea armonic nu este un fenomen nou, probleme legate de componentele armonice ale curbelor de

tensiune i/sau de curent au aprut chiar de la nceputul utilizrii industriale a energiei electrice.

Armonicele au fost considerate, pe parcursul dezvoltrii sistemelor energetice, drept cauza unei mari diversiti de fenomene i evenimente n sistemele electrice de transport i distribuie, chiar dac forma de manifestare i modul de rezolvare a acestora au fost ntr-o continu schimbare. La sfritul secolului trecut i la nceputul secolului al XX-lea, problemele erau legate de tensiunile armonice existente n sistemele de transport i de distribuie; ntr-adevr, datorit soluiilor constructive insuficient elaborate, coninutul n armonice al tensiunii furnizate de generatoare era relativ ridicat. Ulterior, introducerea pe scar larg a receptoarelor neliniare a determinat apariia frecvent a surselor de cureni armonici.

Prima meniune legat de utilizarea analizei armonice, ca modalitate de rezolvare a unei probleme practice de

electrotehnic, este fcut n anul 1893. C.P. Steinmetz a identificat drept cauz a supranclzirii unui motor electric (montat la Hartford, S.U.A.) supratensiunea determinat de

5

fenomene de rezonan serie pe linia de alimentare, avnd o lungime de 16,3 km i funcionnd la 125 Hz. Problema era specific pentru S.U.A., unde sistemele de transport al energiei electrice aveau frecvene de 125, 133 sau 140 Hz; sistemele

au fost confruntate cu asemenea evenimente.

n anul 1895, principalii productori americani (Westinghouse i General Electric) au introdus n fabricaie noi generatoare cu nfurri distribuite pe ntreaga circumferin, n scopul mbuntirii formei curbei tensiunii fumizate.

A doua menionare n literatura de specialitate a unor probleme legate de armonice apare la nceputul secolului i face referire la valori ridicate ale curentului prin conductorul de nul, n cazul funcionrii n paralel a generatoarelor avnd neutrul legat la pmnt; este vorba, desigur, despre nsumarea armonicilor de rang multiplu de trei, n cazul sistemelor cu conexiune n stea, fenomen bine cunoscut n prezent. n anii 1930, odat cu introducerea tehnologiilor bazate pe descrcarea n arc (surse de lumin, cuptoare electrice, instalaii de sudare) a nceput generarea, pe scar larg, a curenilor armonici de ctre receptoare sau alte echipamente existente n sistem.

Transformatoarele, funcionnd n zona neliniar a caracteristicii de magnetizare, reprezentau, de asemenea, o

important surs de poluare armonic. Principala problem care a trebuit rezolvat a reprezentat-o interferena inductiv cu circuitele telefonice. Cuplajul inductiv, ntre reelele aeriene de transport i distribuie a energiei electrice i circuitele telefonice montate pe aceiai stlpi, conducea la inducerea de tensiuni parazite suficient de mari, pentru a perturba

traficul telefonic.

Dup anul 1950, cnd distribuitorii au evideniat impactul tehnico-financiar al factorului de putere prea sczut i au impus penaliti consumatorilor industriali, a devenit economic utilizarea bateriilor de condensatoare pentru compensarea

circulaiei de putere reactiv. Prezena acestor condensatoare n

6

sistemele de distribuie a creat ns condiii pentru apariia unor posibile fenomene de rezonan, determinate de:

- existena, n sistemele de distribuie, a unei game largi de frecvene armonice (n special, 150 Hz.....550 Hz); - introducerea unui numr relativ mare de baterii de condensatoare (de puteri diverse), n diferite noduri ale sistemelor electroenergetice;

- modificarea reactanei inductive prin modificri ale impedanei sistemului, introducerea de transformatoare sau bobine de limitare etc.

Bobinele i condensatoarele existente n sistem formeaz circuite rezonante serie i paralel avnd, n general, frecvene proprii de rezonan n domeniul (200... 600) Hz; acest interval corespunde armonicilor de rang 5...11, generate de multe

echipamente neliniare racordate la reelele de alimentare. ncepnd din anii 1960 - 1970, poluarea armonic a

sistemelor de putere a crescut din cauza utilizrii largi a dispozitivelor electronice semiconductoare. Ameliorrile tehnologice au permis creterea performanelor i reducerea costurilor, astfel nct electronica de putere a ptruns rapid i pe scar larg, att n sectoarele industriale, ct i n cele casnice sau teriare. Principalele avantaje ale noilor tehnologii i echipamente sunt: reducerea costurilor de producie (prin creterea randamentelor i reducerea costurilor de mentenan), reducerea gabaritelor, mbuntirea posibilitilor de control etc.

n prezent, n industria modern, circa 50% dintre receptoarele unui consumator industrial const din convertoare de frecven (pentru alimentarea acionrilor reglabile de tensiune alternativ sau continu), surse n comutaie (pentru alimentarea sistemelor de calcul sau a controlerelor de proces) i din balasturi electronice. Datorit caracteristicilor neliniare ale acestor receptoare (care utilizeaz diode, tiristori sau tranzistori pentru conversiile tensiune alternativ - tensiune continu, tensiune continu - tensiune alternativ sau tensiune continu - tensiune continu), n sistemele de distribuie industriale apar armonici de curent i de tensiune; acestea au n general efecte negative asupra

7

altor receptoare i conduc la reducerea parametrilor energetici ai reelei electrice industriale.

n general, consumatorii neliniari determin reducerea caliti energiei electrice prin generarea de cureni armonici, circulaia acestora conducnd la distorsionarea curbei de tensiune n punctul de racord (dar i n alte pri ale sistemului), din cauza impedanei finite a sistemului electroenergetic.

Efectele fenomenelor de rezonan, care pot amplifica armonicile (creterea tensiunii n diferite puncte ale reelelor electrice, suprancrcarea transformatoarelor i, n special, a bateriilor de condensatoare etc.), precum i faptul c nu exist o alternativ viabil la introducerea masiv a electronicii de putere n toate sectoarele vieii economice i sociale, au determinat n ultimii ani o nou cretere a interesului specialitilor pentru poluarea armonic. n conformitate cu datele fumizate de Electric Power Research Institute (EPRI - S.U.A.), echipamentele

electronice consumau, n anul 1996, (35 - 40)% din puterea total, ponderea crescnd la 60% , n anul 2000.

Acestea reprezint principala surs de cureni armonici, fiind n acelai timp foarte sensibile la deformarea curbei de tensiune n sistemul de alimentare.

Mai mult de 60% din energia electric, n rile dezvoltate, este vehiculat prin intermediul convertoarelor statice de putere. Pe lng avantajele cunoscute, acestea introduc o serie de dezavantaje legate de forma curentului i a tensiunii alternative a reelei de alimentare, ceea ce echivaleaz cu prezena n afara armonicei fundamentale a armonicilor de ordin superior n reelele electrice.

Sarcinile neliniare deformeaz curentul de la reea chiar dac tensiunea de alimentare este sinusoidal. Schema electric a unei astfel de sarcini se poate prezenta drept o sarcin linear corespunztoare armonicei fundamentale a curentului i o multitudine de surse de curent corespunztoare fiecrei armonici de ordin superior. Acestea din urm provoac, pe de o parte, pierderi suplimentare prin efect Joule, pe de alt parte conduc la o funcionare incorect a proteciilor i datorit cderilor de tensiune

8

pe impedanele de scurtcircuit deformeaz tensiunea la bornele condensatorului i polueaz mediul cu emisii electromagnetice de frecven ridicat.

Deformarea tensiunii duce la apariia urmtoarelor fenomene:

- se poate periclita funcionarea convertoarelor electrice bazate pe ntrzierea unghiului de aprindere; - exist pericolul comportrii ca circuite rezonante serie (datorit tensiunii) a condensatoarelor de compensare a factorului de putere i a impedanei reelei, ceea ce duce la apariia de cureni mari ce pot provoca distrugerea instalaiei i scoaterea consumatorilor din sistem. n anumite situaii nu se mai poate realiza compensarea

puterii reactive cu condensatoare simple ceea ce face necesar folosirea de filtre active ce asigur o tensiune apropiat de cea sinusoidal ca mai apoi s se foloseasc condensatoare simple.

De asemenea, exist norme care, n funcie de puterea de scurtcircuit, limiteaz curenii de armonice superioare ce circul n reea i limiteaz distorsionarea tensiunii de la borne.

Exist dou probleme, pe de o parte puterea Uef(1)*Ief(h) se pltete la acelai pre ca i puterea reactiv, pe de alt parte, peste un nivel al armonicelor i distorsiunii, distribuitorii au dreptul s debraneze consumatorul respectiv de la reea. Ca urmare, este necesar dezvoltarea de soluii pentru compensarea armonicilor de curent i tensiune. Aceste soluii sunt reprezentate de filtre pasive i filtre active. Filtrele active de putere se amplaseaz n staiile de distribuie de joas tensiune la care sunt conectai consumatorii importani de putere reactiv i deformant i realizeaz mbuntirea parametrilor energiei electrice, fcnd s se absoarb din reea practic numai putere activ.

Concluzionnd, din ce n ce mai mult, componentele electronice de putere cum ar fi redresoarele, surse n comutaie i convertoare de frecven sunt folosite n toate ariile de activitate. Nu ne mai putem imagina lipsa microelectronicii sub form de calculatoare i controlere programabile. Primul grup de dispozitive influeneaz calitatea tensiunii electrice, cellalt grup

9

de dispozitive sunt foarte sensibile la reducerea calitii energiei electrice de alimentare.

Exist i alte fenomene care duc la slbirea calitii energiei electrice:

- efecte de comutaie produse de convertoare cu tiristoare; - armonice datorate sarcinilor neliniare, cum ar fi

redresoarele, surse n comutaie; - efectul de flicker datorat sarcinilor fluctuante ce apar la

nchiderea/deschiderea contactoarelor, pornirea motoarelor, maini cu rezisten ridicat, aparate de sudur etc. n Fig.1.1 sunt prezentai diveri consumatori ce altereaz

calitatea tensiunii i a curentului n reelele de joas tensiune.

Fig.1.1 Consumatori deformani n reelele de joas tensiune.

n Fig.1.2 se exemplific aceste probleme ce se datoreaz redresoarelor necomandate care alimenteaz sursa n comutaie ce se gsete ntr-un calculator.

O caracteristic important din punctul de vedere al calitii energiei electrice este forma sinusoidal a curbei de tensiune. n realitate, nici o surs nu poate asigura o tensiune perfect sinusoidal.

10

Fig. 1.2. Sarcinile neliniare conduc la cderi neliniare de tensiune.

Consumatorii conectai la reea, la o tensiune dat, solicit un curent a crui amplitudine i form reprezint o caracteristic a consumatorului i a modului lui de funcionare. n consecin, curentul, care parcurge impedana din amonte a reelei electrice de alimentare, determin variaia tensiunii pe barele de alimentare. Pentru ca perturbaiile pe curba de tensiune s se menin n limite admisibile, este deci necesar s se impun limite ale emisiilor perturbatoare, determinate pe curba curentului electric absorbit de

consumator. Este evident necesitatea corelrii dintre abaterile admise privind tensiunea n punctul comun de cuplare i cele ale curentului absorbit de consumator.

ntr-un sistem electroenergetic pot fi identificate urmtoarele procese principale:

- producerea;

- transportul;

- distribuia; - utilizarea.

Fiecare dintre aceste procese are o influena specific asupra calitii energiei electrice.

11

Producerea:

Generatoarele din sistem asigur energia necesar consumatorilor. Controlul acoperirii, n orice moment, a necesarului de energie al consumatorilor este realizat de reglajul

putere activ - frecven. Forma curbei de tensiune la bornele generatoarelor se urmrete s fie practic sinusoidal; n practic se consider c aceast tensiune este sinusoidal. De asemenea, dimensionarea corect a surselor din sistemul energetic determin i un alt indicator de calitate al energiei electrice i anume continuitatea n alimentare (cu efecte importante asupra funcionrii economice a consumatorilor). Transportul:

Sistemul de transport al energiei electrice cuprinde linii

electrice (de regul aeriene) i staii de transformare de sistem. n mod obinuit reelele de transport funcioneaz buclat i este asigurat rezerva, n cazul apariiei unor incidente. Reeaua de transport este supus unor solicitri diferite electrice, mecanice, termice, chimice etc. - trsnete, chiciur, deteriorri mecanice etc. - care pot conduce la defecte pasagere (scurtcircuite) sau

permanente (ntreruperi). Scurtcircuitele trebuie eliminate: - rapid, pentru evitarea deteriorrii echipamentelor, ieirii din sincronism a generatoarelor i pierderea unor surse ale sistemului;

- selectiv, pentru deconectarea prii de reea afectate (de multe ori o singur faz). La funcionarea buclat a reelei, pe faza afectat de defect,

pe durata scurtcircuitului apare un gol de tensiune, a crui amplitudine este maxim la locul de defect i descrete odat cu apropierea de punctele de generare. n cazul liniilor radiale, defectele sunt, n general, nsoite de ntreruperi de scurt durat (la funcionarea RAR - reanclanarea automat rapid) sau de lung durat (la deconectarea definitiv).

Din punctul de vedere al calitii energiei livrate consumatorilor, reeaua de transport este o surs de goluri i ntreruperi de tensiune, a cror durat este determinat de reglajul proteciei prin relele (n cazul golurilor i ntreruperilor de

12

tensiune de scurt durat) i de tipul de defect (n cazul ntreruperilor definitive).

Distribuia: n general, reeaua de distribuie este conectat la reeaua de

transport n staii de transformare cobortoare, n care transformatoarele pot realiza i funcii de reglare a amplitudinii tensiunii. Dei cele mai multe dintre reelele de distribuie au o structur buclat, n funcionare se opereaz cu bucla deschis, ceea ce determin caracterul radial al acestor reele. La apariia unui defect pe unul dintre fiderii reelei, toate instalaiile, care sunt alimentate de la aceleai bare la care este conectat i fiderul afectat de defect, vor suporta un gol de tensiune. Protecia reelei va comanda deconectarea fiderului, pe care a aprut defectul, iar consumatorii alimentai de acest fider vor suporta o ntrerupere de tensiune pn la realimentarea prin AAR (anclanarea automat a rezervei) sau pn la reconfigurarea reelei. Odat cu deconectarea fiderului defect are loc i revenirea tensiunii (dup golul de tensiune), la ceilali consumatori.

Durata ntreruperii va fi de scurt durat sau lung durat, n funcie de tipul defectului, de caracteristicile automaticii de sistem i de configuraia reelei de distribuie. n general, se poate considera faptul c ntreruperile de scurt durat sunt sub 3s, valoare egal cu durata maxim de acionare a proteciei prin relee. ntreruperile de lung durat (peste 3s) sunt imputabile n special configuraiei specifice a reelei de distribuie.

Utilizarea:

n numeroase cazuri practice, consumatorii sunt ei nii surse de emisii perturbatoare. Cele mai importante tipuri de

consumatori, care determin perturbaii sunt: - consumatori care includ elemente neliniare (traciunea

electric urban, instalaii de inducie electromagnetic, instalaii de electroliz etc.) i absorb un curent nesinusoidal, ale crui armonici, parcurgnd impedanele armonice ale reelei de alimentare, conduc la tensiuni armonice pe bare;

- consumatori dezechilibrai (traciunea electric interurban, echipamente de sudare, iluminatul public etc.), care absorb cureni

13

de amplitudine diferit pe cele trei faze i parcurgnd impedanele amonte ale reelei electrice determin nesimetrie de tensiune pe barele de alimentare;

- consumatori cu sarcini variabile, care produc fluctuaii de tensiune pe barele de alimentare; acestea sunt de dou tipuri:

- fluctuaii puin frecvente, ca de exemplu, pornirea unor motoare mari;

- fluctuaii frecvente, modificri rapide, regulate sau aleatorii, care determin efect de flicker (ca, de exemplu, n cazul cuptoarelor cu arc electric, aparatele de sudare prin puncte etc.).

Analiza problemelor privind alimentarea cu energie

electric a consumatorilor pune n eviden dou aspecte distincte privind calitatea, aspecte care trebuie urmrite la furnizarea energiei electrice:

- calitatea energiei electrice, cu referire la parametrii tehnici

ai produsului (amplitudinea tensiunii, frecvena, coninut armonic, simetria sistemelor trifazate);

- calitatea serviciului, cu referire la continuitatea n alimentare (ntrerupere de scurt i de lung durat, sigurana n alimentare).

n mod obinuit, cele dou aspecte sunt cuprinse, generic, sub denumirea de calitate a energiei electrice.

n condiiile creterii numrului i a puterii absorbite de consumatorii cu sarcini neliniare, care mai sunt denumii i consumatori perturbatori (echipamente cu comenzi i reglare utiliznd electronica de putere, cuptoare cu arc electric, traciune electric, aparatur electrocasnic modern etc.), asigurarea calitii energiei devine o problem de o complexitate deosebit.

Productorul de echipamente i aparate electrice trebuie s realizeze produse cu limite reduse de emisie armonic, iar furnizorul este obligat s asigure meninerea unor niveluri admisibile ale perturbaiilor, astfel nct toate instalaiile racordate la reea s aib condiii normale de funcionare.

Pot fi puse n eviden urmtoarele concluzii: Energia electric este considerat n prezent un produs, livrat

de furnizor consumatorilor, n condiii de calitate i eficien

14

economic, cu limitarea impactului instalaiilor energetice asupra mediului ambiant.

n orice domeniu de activitate, calitatea nu este un concept static. Coninutul acestui concept variaz n timp, datorit dezvoltrii tehnologice i a evoluiei sociale. n consecin i cerinele privind calitatea serviciului de furnizare a energiei electrice trebuie mereu adaptate unor necesiti standardizate, mereu perfectibile. Produsul energie electric este utilizat de consumatori de o mare diversitate, de la cei industriali (mai puini, dar de putere mare), pn la cei casnici, caracterizai de receptoare de putere mic, dar foarte numeroi, att n mediul urban, ct i n mediul rural. Tehnologiile modeme, ntr-o continu evoluie, bazate pe electronica de putere i microinformatic, prezente astzi n toate sectoarele de consum, antreneaz procese complexe, dintre care unele sunt:

- sensibile la perturbaii electromagnetice, provenind att din mediul lor, ct i din reeaua electric de alimentare;

- generatoare de perturbaii electromagnetice; - perturbatoare i, n acelai timp, i perturbate

electromagnetic.

Meninerea n permanen a unui anumit nivel al calitii energiei electrice ntr-un nod energetic necesit o colaborare continu a furnizorului de energie electric (cu responsabiliti privind calitatea tensiunii la barele de alimentare) cu consumatorii

de energie electric (poteniali surse de perturbaie), pentru a obine un punct comun de cuplare, indicatorii de calitate nscrii n contractul de furnizare.

Nivelul mediu de calitate al produsului energie electric livrat de furnizor consumatorilor trebuie adaptat dinamic pe toat durata de via a reelei electrice. n acest scop, este necesar o conlucrare permanent ntre:

- furnizorii de energie electric; - fabricanii i instalatorii de receptoare electrice; - utilizatorii de energie electric.

15

Cei trei participani la rezolvarea problemelor de compatibilitate electromagnetic trebuie s posede cunotine complexe referitoare la:

- mediul electromagnetic n care funcioneaz receptoarele electrice;

- nivelul de emisie al perturbaiilor n punctul comun de cuplare al consumatorului;

- nivelul de imunitate al fiecrui tip de receptor electric la diferite tipuri de perturbaii, ce pot s apar n punctul comun de cuplare;

- msurile de asigurare a calitii necesare n punctul respectiv, la o anumit etap de dezvoltare a reelei de alimentare.

Calitatea energiei electrice, spre deosebire de alte sectoare

de activitate, depinde nu numai de furnizor, ci i de toi consumatorii racordai la aceeai reea de alimentare; unii dintre acetia pot determina influene perturbatorii n reeaua furnizorului, care s afecteze funcionarea altor consumatori, racordai la aceeai reea; n consecin, consumatorii, care contribuie la alterarea calitii energiei electrice peste valorile admise, trebuie s adopte msuri pentru ncadrarea perturbaiilor produse n limitele alocate sau s accepte posibilitatea deconectrii sale. Promovarea riguroas a unei politici a calitii la nivel de stat, a unor programe concrete la nivelul companiilor de

electricitate, presupune definirea i promovarea unei legislaii adecvate i armonizate cu reglementrile adoptate la nivel internaional, care vizeaz att responsabilitatea furnizorilor pentru daune provocate utilizatorilor prin livrarea unei energii

electrice de calitate necorespunztoare (cu abateri fa de indicatorii nscrii n contractul de furnizare), ct i responsabilitatea consumatorului pentru perturbaiilor determinate n reeaua electric a furnizorului; astfel de reglementri trebuie s constituie baza legal a relaiei furnizor - consumator i s stabileasc obligaii i rspunderi precise pentru toi parteneri implicai pe ntregul traseu producie - consum.

Studiile actuale, viznd problema calitii energiei, dezbtute n cadrul unor prestigioase conferine internaionale PQ (POWER

16

QUALITY): Paris, Atlanta, Amsterdam, New York, Stockholm,

New Dehli, Boston etc. se desfoar, n principal, pe trei direcii: - analiza indicatorilor actuali de calitate i dezvoltarea unor

programe eficiente de monitorizare, care s stea la baza unor relaii corecte furnizor consumator;

- evaluarea efectelor abaterilor fa de limitele recomandate de reglementrile internaionale;

- stabilirea unor msuri eficiente tehnice, organizatorice, contractuale i juridice, care s asigure ncadrarea indicatorilor de calitate n limitele impuse de standarde.

Fenomene perturbatoare

Armonicele sunt semnale a cror frecven este multiplu ntreg al frecvenei fundamentale. n general, armonicele sunt generate de sarcini neliniare din reea. Aprofundarea problemelor legate de calitatea energiei electrice a impus i dezvoltarea unei terminologii specifice pentru descrierea fenomenelor

caracteristice. Totui, n prezent, aceast terminologie nu este unitar, ntlnindu-se, n literatur, fie concepte i definiii diferite, fie interpretri diverse ale acelorai noiuni. Din acest motiv, apar frecvente confuzii ntre productorii de echipamente, distribuitorii de energie i utilizatori, precum i specialitii din acelai sector. Apare deci util prezentarea unei terminologii legat de problema polurii armonice a sistemelor electroenergetice.

Regimul deformant este regimul permanent de funcionare a reelelor electrice de tensiune alternativ, n care curbele de variaie n timp de tensiune i de curent sunt periodice i cel puin una dintre ele nu este sinusoidal. Un consumator este considerat deformant dac deine elemente care genereaz, n punctul de delimitare, regim deformant.

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

17

sistemului analizat. ntr-un sistem electroenergetic, pot fi ntlnite urmtoarele cinci tipuri de distorsiune armonic:

- componente continue;

- armonice;

- interarmonice;

- impulsuri de comutaie; - zgomote.

Componenta continu este determinat de prezena unei tensiuni sau a unui curent continuu, ntr-un sistem energetic de tensiune alternativ. Aceasta poate s apar, n general, ca efect al unei redresri monoalternan. Componentele continue determin saturarea, n regim normal de funcionare, a circuitului magnetic al transformatoarelor de putere sau a altor echipamente cu circuit

magnetic, conducnd la nclziri suplimentare, reducerea duratei de via i apariia polurii armonice, prin modificarea punctului de funcionare pe caracteristica de magnetizare, fiind posibil astfel funcionarea n zona sa neliniar. Ca efect al componentei continue, pot aprea i corodri electrochimice ale electrozilor de legare la pmnt sau a altor puncte de conexiune n instalaiile electrice.

Armonicile sunt cureni sau tensiuni sinusoidale, avnd o frecven multiplu ntreg al frecvenei la care sistemul este proiectat s lucreze (numit frecven fundamental n mod normal, 50 Hz sau 60 Hz). Prezena armonicilor i are originea n neliniaritatea caracteristicilor echipamentelor i a receptoarelor conectate la sistemul electroenergetic; nivelul distorsiunii poate fi

descris prin spectrul armonic, cu indicarea amplitudinii i a defazajului pentru fiecare armonic individual.

Interarmonicile constituie cureni sau tensiuni avnd o frecven care nu este un multiplu ntreg al frecvenei fundamentale; acestea pot s apar ca frecvene individuale sau ca spectre de band larg. Principalele surse ale distorsiunii interarmonice pot fi considerate convertoarele statice, motoarele

de inducie, dispozitivele cu arc electric, sistemele cu reglaj bipoziional etc. Interarmonicile se caracterizeaz, n general, printr-o variaie periodic, dar semnalul nu are perioada T (T fiind

18

perioada corespunztoare fundamentalei) i nici multiplu ntreg al acesteia, fapt care explic apariia unor componente suplimentare fa de cele care rezult din descompunerea n serie Fourier. Au fost evideniate semnale cu frecvena de 490 Hz i 530 Hz, n cazul acionrilor reglabile cu motoare sincrone i interarmonice cu frecvenele cuprinse ntre 4 Hz i 14 Hz, n cazul cicloconvertizoarelor. n general, se poate afirma c Interarmonicile sunt caracteristice conectrii a dou sisteme de tensiune alternativ avnd frecvene diferite, cazul motoarelor de tensiune alternativ, alimentate prin convertoare de frecven, fiind tipic n acest sens. Dac frecvena sistemului energetic este f1, iar motorul este alimentat la frecvena f2, prin intermediul unui sistem redresor - invertor, curentul electric absorbit din reeaua de alimentare de ctre convertor va conine armonice de frecven dependent de numrul de faze al sistemului i de cel al invertorului.

Utilizarea n sistemele de acionare a frecvenelor joase (sub 50 Hz) a pus n eviden i apariia unor semnale sinusoidale, avnd frecvena mai mic dect fundamentala, numite infraarmonice sau subarmonici; ele sunt generate de obicei de

aceleai receptoare ca i Interarmonicile i pot determina saturarea transformatoarelor de putere din sistem sau rezonane mecanice.

Fig. 1.3. Deformarea curbei de tensiune determinat de fenomene

de comutaie la un convertor trifazat.

19

Impulsurile de comutaie reprezint o distorsiune periodic a tensiunii, cauzat de funcionarea normal a dispozitivelor electronice, n momentul comutaiei de la o faz la alta. n acest interval, apare un scurtcircuit momentan ntre cele dou faze (durata acestuia depinde de viteza de cretere a curentului, admis de dispozitivul static), fapt care determin o reducere a tensiunii (Fig.1.3.).

Zgomotul se definete ca un semnal electric nedorit, de band larg (f < 200kHz), suprapus peste curba de tensiune sau de curent. Acesta poate fi produs de dispozitive sau echipamente

electronice, sisteme de control, echipamente cu arc electric etc.; n multe cazuri, efectele sale sunt amplificate de o legare la pmnt necorespunztoare. Zgomotele afecteaz n special echipamentele electronice bazate pe microprocesoare (microcalculatoare,

automate programabile).

Elementele deformante sunt elemente care produc sau

amplific semnale armonice (tensiuni sau cureni electrici). Acestea sunt de dou tipuri:

- elementele deformante de categoria I-a sunt elementele de

circuit care, alimentate cu semnale riguros sinusoidale, determin fenomene deformante. Din categoria acestora fac parte

convertoarele electronice, cuptoarele cu are electric i, n general, orice element de circuit pronunat neliniar;

- elementele deformante de categoria a II-a sunt elemente de

circuit care nu produc, ele nsele, regim deformant, dar care, alimentate cu mrimi nesinusoidale, modific distorsiunea existent (elemente reactive care formeaz circuite oscilante, ale cror frecvene pot s coincid cu frecvenele curenilor armonici produi de elementele deformante de categoria a I-a).

Elementele deformante de categoria I-a se mai numesc surse

de regim deformant, deoarece sunt cele care produc tensiuni i/sau cureni armonici; n orice sistem electroenergetic, exist surse de cureni armonici i surse de tensiuni armonice. Sursele de cureni armonici sunt elemente de sistem care, alimentate cu o tensiune

sinusoidal, absorb din reea cureni nesinusoidali; acestea se caracterizeaz printr-o pronunat neliniaritate a caracteristicilor

20

de funcionare. Principalele surse de cureni armonici sunt reprezentate de echipamentele industriale sau casnice, care

nglobeaz dispozitive electronice sau funcioneaz pe baza descrcrilor n arc electric. Dei de putere instalat mai redus, consumatorii casnici, fiind foarte numeroi, pot reprezenta o important surs de distorsiuni armonice.

Sursele de cureni armonici pot fi mprite n: identificabile i neidentificabile.

- n prima categorie, se ncadreaz convertoarele electronice de putere i cuptoarele cu arc electric deoarece, n marea majoritate a cazurilor, furnizorul de energie electric poate identifica individual flecare echipament de acest tip instalat de

consumatorii industriali. Furnizorul cunoate punctul de delimitare al acestor consumatori i poate depista curenii armonici injectai n sistem de fiecare consumator.

- n cea de a doua categorie, de surse armonice neidentificabile sunt incluse sursele de comutaie existente n echipamentele electrocasnice i n sistemele de calcul, precum i balasturile electronice, instalate la un numr foarte mare de consumatori alimentai din aceeai reea.

Sursele de tensiuni armonice sunt surse care produc tensiuni

electromotoare nesinusoidale, acestea existnd chiar i n cazul n care sarcinile alimentate sunt perfect liniare. Principala categorie

de surse de tensiuni armonice o reprezint generatoarele productorilor de energie electric, care nu pot genera, prin construcia lor, o curb perfect sinusoidal, ci doar una practic sinusoidal. Totui, coninutul n armonici al curbelor tensiunilor electromotoare produse de generatoarele moderne se ncadreaz n limite care justific ipoteza unor sisteme de tensiuni practic sinusoidale, n sistemele de alimentare cu energie electric. Pentru generatoarele de putere mic, instalate ca surse de rezerv la consumatorii industriali, factorul de distorsiune al tensiunii poate

fi mai ridicat. Astfel, generatoarele auxiliare cu puteri

S = (10...5000) kVA pot s prezinte un factor de distorsiune al tensiunii de aproximativ 4%, cu un nivel de (2....3)% al armonicii

21

de rang 5 (nivelul armonicii de rang k = 3 este cu att mai mare, cu ct sarcina este mai dezechilibrat).

Un caz special l reprezint sursele pentru alimentare nentreruptibil UPS (Uninterruptible Power Supply), care au n componen convertoare tensiune alternativ - tensiune continu, cu surs tampon de tensiune continu. La acestea, se constat o distorsionare mai pronunat a curbei de tensiune, ns echipamente moderne asigur ncadrarea n limitele impuse de normativele n vigoare.

Ultimele dou categorii, datorit puterilor instalate mici, duratei de utilizare redus i alimentrii unor categorii precis determinate de consumatori, nu ridic probleme deosebite n exploatarea curent.

O alt categorie de surse de tensiuni armonice o reprezint sarcinile neliniare existente la consumatori. Curenii nesinusoidali generai de acestea se vor propaga pe circuitele reelei de alimentare i vor determina o deformare corespunztoare a tensiunii, datorit cderilor de tensiune pe impedanele armonice echivalente ale reelei.

Perturbaii armonice i pot face simit prezena n puncte ale reelei mult ndeprtate de sursa deformant, datorit propagrii prin reactanele reelei electrice de alimentare. Elementele deformante de categoria a II-a amplific armonicile de curent i/sau de tensiune existente ntr-un sistem electroenergetic; ele sunt reprezentate de elemente inductive sau capacitive, care

conduc la modificarea rspunsului n frecven al reelei electrice determinnd, n unele cazuri, apariia unor fenomene de rezonan.

n general, n sistemele modeme sunt adoptate msuri pentru limitarea emisiilor armonice ale consumatorilor perturbatori;

exist ns posibilitatea apariiei n reeaua electric de alimentare a unor fenomene de rezonan, determinate n special de prezena bateriilor pentru compensarea puterii reactive sau a circuitelor

rezonante ale filtrelor de armonici. Din acest motiv, rezult c o identificare a surselor de cureni armonici reprezint numai o parte a activitii care trebuie realizat n cazul studiilor de analiz

22

armonic; rspunsul sistemului, pentru fiecare frecven, determin, de fapt, adevratul impact al prezenei consumatorilor neliniari ntr-un sistem energetic dat. Creterea ponderii elementelor neliniare n sistemele electroenergetice, att ca puteri instalate, precum i ca tipuri de echipamente, conduce la creterea nivelului de poluare armonic a acestora cu amplificarea efectelor negative determinate de

prezena armonicilor n reeaua electric. Aceste efecte pot fi abordate sub dou aspecte:

a) din punct de vedere tehnic:

- elementele componente ale sistemului sunt sensibile fie la

curenii armonici (pierderi Joule, perturbaii n domeniul audiofrecven), fie la tensiunile deformate (pierderi n circuitele magnetice i materialele dielectrice, supratensiuni, care, n anumite cazuri, depesc nivelurile admisibile);

- corecta funcionare a unor echipamente este afectat de prezena armonicilor de tensiune i/sau de curent (sisteme de comand i control, echipamente sincronizate cu tensiunea reelei).

b) din punct de vedere economic:

- creterea cheltuielilor de fabricaie pentru limitarea neliniaritilor specifice diferitelor echipamente sau pentru creterea nivelului de imunitate;

- creterea cheltuielilor de exploatare pentru operaii de mentenan preventiv sau corectiv;

- creterea cheltuielilor de producere a energiei electrice i, n general, majorarea investiiilor n sistemele energetice datorit necesitii supradimensionrii elementelor reelei.

Efectele polurii armonice asupra sistemelor de transport i distribuie a energiei electrice se refer n principal la:

- pierderi suplimentare datorit circulaiei curenilor armonici, care determin creterea consumurilor proprii tehnologice, reducerea randamentului mainilor electrice, solicitri suplimentare ale bateriilor de condensatoare etc.;

- solicitri suplimentare ale izolaiilor determinate de nivelul tensiunilor armonice din reea (valorile tensiunilor depind de

23

amplitudinea i faza curenilor armonici injectai de diverse surse, precum i de existena fenomenelor de rezonan).

Din prezentarea anterioar, se poate deduce faptul c folosirea pe scar tot mai mare a redresoarelor necomandate cu diode, are drept consecin negativ major creterea polurii armonice. n etapa actual, utilizarea intensiv a electronicii de putere impune redefinirea modalitilor de calcul pentru puterea i energia absorbit de consumatori, i n paralel cu aceasta, elaborarea de noi standarde referitoare la aceast problem. Sistemul energetic poate funciona adecvat n prezena unei cantiti limitate de armonici. Pn nu de mult injectarea armonicilor n sistem putea fi considerat nesemnificativ. n prezent, dependena din ce n ce mai mare a consumatorilor de echipamentele cu caracteristici

neliniare face ca acest fenomen s nu mai poat fi neglijat. Introducerea de armonice n sistemul de alimentare cu energie electric nu este singura problem, nsi echipamentele electrice pot fi defectate datorat prezenei acestora. Prezena armonicelor n sistemul de alimentare cu energie electric poate genera o gam larg de efecte nedorite. De exemplu, armonicile pot cauza interferena semnalelor, supratensiuni, pierderi de date n liniile de transmisie a informaiilor (se tie c prezena armonicilor este responsabil pentru apariia zgomotului n liniile telefonice). De asemenea armonicile pot genera supranclzirea, funcionare neadecvat sau chiar defectarea echipamentului electric n general. Armonicile pot cauza nclzirea excesiv a transformatoarelor i condensatoarelor, ceea ce duce la reducerea timpului de via a acestor dispozitive sau la defectarea lor. Un alt efect este i nclzirea motoarelor electrice i producerea unui cuplu pulsatoriu. Prezena armonicilor n sistemul de alimentare duce la pierderi de putere generale, reducerea eficienei motoarelor de curent alternativ, creterea costului de ntreinere. Se tie c orice sistem electric de alimentare posed o frecven natural corespunztoare inductivitii conductoarelor i capacitii bateriilor de condensatoare folosite pentru

24

compensarea puterii reactive. Din nefericire aceast frecven se afl n gama frecvenelor armonicilor superioare cauzate de echipamentele neliniare. n cazul cnd aceste frecvene sunt apropiate ca valoare, apare fenomenul de rezonan, ce poate amplifica efectele negative mai sus menionate. n condiii de rezonan, oscilaiile curentului sunt amplificate. Astfel, amplitudinea unor armonici de curent poate crete, uneori, pn la valoarea fundamentalei. Rezultatul fenomenului de rezonan n sistem este: apariia de supratensiuni, productivitate sczut, blocarea convertoarelor, defeciuni ale echipamentului electric. Amplitudinea i ordinul componentelor armonice prezente n sistem, depind de o serie de factori: sursa de armonici, nivelul de

putere al sistemului, funcionarea sistemului n regim normal sau de rezonan. Chiar i armonicile produse de o singur instalaie pot varia n funcie de regimul de lucru al acesteia. De exemplu, un cuptor cu arc electric poate produce tensiuni armonice ce

variaz ntre 8% i 25% din valoarea fundamentalei. n sistemele electrice de alimentare a calculatoarelor, au fost nregistrate armonici de curent cu valori ntre 5,5% i 140% din amplitudinea fundamentalei.

Ordinul armonicelor de curent produse de convertoare

depinde de numrul de pulsuri la care funcioneaz acestea. De exemplu, un convertor cu 6 pulsuri produce armonice impare ns doar cele indivizibile cu trei. Sarcinile neliniare pot produce de

asemenea i armonice multiplu de 3. Acestea necesit o atenie deosebit, deoarece duc la apariia unui curent n conductorul de nul, care uneori poate depi n amplitudine curentul de faz. Astfel de sarcini sunt, de exemplu, cuptoarele cu arc electric, care

n regim normal de funcionare produc armonici de curent de ordinul trei cu o amplitudine de 20% din fundamental.

n urma mririi numrului echipamentelor electronice de putere, nsoite de toat gama de efecte auxiliare nedorite enunate mai sus, diferite organisme naionale i internaionale au emis recomandri privind limitarea armonicelor de curent injectate n reea, aceasta pentru a menine o calitate acceptabil a reelei de alimentare. De exemplu, dup cum s-a artat, Comitetul European

25

de Standardizare n Electrotehnic, CENELEC, a emis standardul EN50006 iar Comisia Electrotehnic Internaional normativul CEI555-3.

Recomandri privind limitarea armonicelor sunt coninute i n standardele germane: VDE0838 (aplicaii casnice), VDE0712 (bobine de balast pentru lmpile fluorescente), VDE0160 (convertizoare).

n standardul american IEEE 519 se specific precis coninutul de armonici permis pentru utilizatorul unui echipament electronic de putere. Valoarea relativ a sarcinii fa de surs este definit ca raportul dintre curentul de scurtcircuit n punctul comun de racordare i curentul de sarcin ISC/IL. Prevederile privind raportul Ih/I1 sunt redate n tabelul 1.1. Tabelul 1.1. Distorsiuni de curent maxim admisibile n punctul de racord comun cu ali consumatori pentru reele 0,12 ... 70 kV

1.4. Parametrii de apreciere

Performanele echipamentelor electrice pot fi perturbate prin conducie sau radiaie. n funcie de frecven, perturbaiile sunt clasificate ca fiind de joas frecven (< 9kHz) i de nalt frecven ( 9 kHz).

Msurarea calitii energiei electrice este de obicei considerat ca o msurtoare a perturbaiilor de joas frecven prin conducie coroborate cu fenomenele tranzitorii.

26

Urmtorii parametrii ai tensiunii de alimentare sunt influenai de perturbaii:

- frecvena; - nivelul de tensiune; - forma de und; - simetria sistemului trifazat.

1.4.1. Evenimentele calitii energiei

O surs ideal de tensiune monofazat produce o tensiune pur sinusoidal cu frecvena nominal i cu amplitudine constant.

1.4.2. Frecvena n sistemul de energetic Frecvena semnalelor ce concur la energia electric variaz

atunci cnd raportul valorilor dintre energie electric generat i cea consumat se modific. Variaii importante ale frecvenei pot avea loc atunci cnd sistemul respectiv funcioneaz izolat fa de reeaua public de energie electric. n Fig.1.4 reprezint rezultatul msurrii frecvenei pe parcursul unei sptmni ntr-un punct al unei reele electrice. n timpul msurrii o furtun puternic a cauzat o avarie pe linia de 35kV. Variaia frecvenei este notabil n cazul reelei izolate.

Variaia Parametrii

Frecvenei Variaia frecvenei energiei electrice

Tensiunii

Variaia de amplitudine a tensiunii de alimentare furnizat Modificri rapide de tensiune Vrfurile i golurile tensiunii de alimentare ntreruperi de tensiune Flickere (fluctuaia tensiunii) Dezechilibrul tensiunii de alimentare

Formei de

und

Supratensiuni tranzitorii

Armonicile tensiunii

Intermonicile tensiunii

Tensiunile principale de semnalizare pe linia de alimentare

Comutarea n trepte Zgomot

27

Fig.1.4. Variaia frecvenei.

1.4.3. Variaia tensiunii de alimentare

Tensiunea de alimentare este determinat ca valoare efectiv (rms) a tensiunii instantanee pe o perioad a semnalului. Calculele statistice cu privire la datele obinute sunt interpretate pentru o perioad limitat de timp. Intervalul de msurare este folosit pentru a diminua numrul total de msurtori i poate varia de la cteva secunde la 10 minute. Variaia tensiunii de alimentare este, de obicei, determinat pe un interval de peste 10 minute. O schimbare a valorii efective poate avea loc datorit fluctuaiei de sarcin, dar instalarea regulatoarelor automate poate compensa astfel de schimbri n mai puin de cteva zeci de secunde. Variaia amplitudinii tensiunii de alimentare poate fi o problem n cazul liniilor de distribuie foarte lungi.

Orice variaie a amplitudinii tensiunii de alimentare n afara limitelor de +10% / 15% de la tensiunea nominal poate cauza mbtrnire prematur, prenclzire sau o funcionare defectuoas a echipamentului conectat.

28

1.4.4. Modificri rapide ale tensiunii

Modificarea rapid a tensiunii este o schimbare rapid a tensiunii Urms(1/2) ntre dou condiii stabile. Este cauzat de schimbarea n on sau off a sarcinilor mari. De exemplu, o cauz specific schimbrii rapide a tensiunii este pornirea unui motor de mare putere. Dac o schimbare rapid a tensiunii depete golul/vrful de tensiune, pragul este considerat un gol sau un vrf de tensiune. Pentru msurarea unei schimbri rapide a tensiunii limitele pentru fiecare din urmtoarele caracteristici trebuie setate: rata minim de schimbare (a), durata minim a strii de stabilitate a condiiilor (b), diferena minim ntre dou stri stabile (c) i stabilitatea condiiilor (d). Fig.1.5 prezint schimbarea rapid a tensiunii i limitele ei.

Fig.1.5. Definirea schimbrii rapide a tensiunii

1.4.5. Golurile tensiunii de alimentare

Golurile tensiunii de alimentare reprezint reducerea temporara, sub limita admis, a tensiunii. Durata fenomenului este limitat la un minut. Scderea tensiunii pentru o perioad mai mare de un minut este considerat o variaie a amplitudinii.

Pentru descoperirea golurilor de tensiune, tensiunea efectiv este calculat peste un singur ciclu sau jumtate de ciclu i rezultatul este remprosptat la fiecare 10 ms, adic la fiecare

29

jumtate de perioad. Aceast valoare este indicat de Urms(1/2). Acest principiu de calculare al Urms(1/2) este artat n Fig.1.6. La fiecare 10 ms o nou valoare rms (marcata cu *) este prezentat n comparaie cu limita golului de tensiune.

Fig.1.6. Vizualizare Urms(1/2).

Golul de tensiune este caracterizat prin:

- limita golului de tensiune;

- timpul de ncepere a golului de tensiune; - durata golului de tensiune;

- tensiunea reinut (uret). n Fig.1.7 se prezint o explicaie a atributelor golului de

tensiune. Limita golului de tensiune poate fi setat de utilizator i reprezint o parte din tensiunea nominal Un sau tensiunea declarat Uc (Udec n unele standarde) i poate varia de la 0,9 Uc pn la 0,65 Uc pentru scopuri contractuale. n acest exemplu, limita golului de tensiune este setat la 0,85, adic 340 V.

Golul ncepe cnd Urms(1/2) scade sub limita admis a golului. Golul se ncheie cnd Urms(1/2) depete limita admis a golului. Diferena ntre final i nceput este durata golului i este raportat n secunde sau n perioade ale semnalului. Tensiunea rezidual uret reprezint valoarea cea mai mic a Urms(1/2) nregistrat n timpul golului.

30

Fig. 1.7. Atributele golului de tensiune.

Setul minim de atribute care descriu un gol este format dintr-

o pereche [uret,durat], dei unele instrumente nmagazineaz mai mult informaie, cum ar fi media tensiunii pe perioada golului sau forma tensiunii Urms(1/2). Exemplul din fig.1.7 poate fi descris

ca un gol [209V,160ms] sau gol [209V,8c].

n unele standarde este folosit termenul de adncimea tensiunii. O adncime a tensiunii de 90% este echivalent cu o tensiune reinut de 10%.

Not privind limita golului de tensiune: - n loc s se foloseasc Un sau Uc, o referin reglabil a

tensiunii poate fi utilizat pentru calcularea limitei golului de tensiune. Aceast opiune este folositoare pentru evitarea problemelor cu rapoartele de transformare atunci cnd se execut msurarea pe ambele pri ale sistemului JT i MT. De asemenea, tensiunea reinut poate fi raportat n procente din valoarea efectiv dinaintea golului;

- limita de sfrit este cu 1% mai mare dect limita de nceput. Acest lucru duce la apariia unei probleme, care se poate ivi dac o valoare msurat este apropiat de cea de start a limitei golului.

31

Fig.1.8 prezint goluri de tensiune: pe o faz (a), pe dou faze (b), i pe trei faze (c).

Fig.1.8. Goluri de tensiune ntr-un sistem trifazat.

Mai cu seam, din cauza unor motive contractuale, golurile n diferite faze sunt presupuse a fi un singur eveniment dac aceste goluri se suprapun parial n timp (adic golul ncepe ntr-o faz i se termin n alt faz).

Golurile de tensiune sunt cauzate de erorile din reea sau de valorile excesive ale curenilor mari.

Studii fcute n ultimii ani au confirmat c golurile de tensiune provoac majoritatea defeciunilor echipamentelor. Circuitele de comutaie i protecie pot intra n funcionare dac un gol este cu 60% mai lung dect un ciclu. Paguba potenial este dependent de abilitatea echipamentului de a susine o tensiune mai sczut pentru perioade scurte de timp. Tehnologia informaiei este n special sensibil la un gol. Sunt mai multe criterii pentru a evalua gravitatea unui gol, cum ar fi curba ITIC.

Dispozitivele electronice, convertoarele si echipamentele cu o

intrare electronic sunt de asemenea sensibile la goluri.

32

1.4.6. Vrfurile tensiunii de alimentare

Vrfurile reprezint creteri instantanee ale tensiunii (sunt opuse golurilor). O reprezentare grafic a vrfurilor de tensiune este dat n Fig.1.9 Aceleai proprieti folosite pentru clasificarea golurilor de tensiune se folosesc i n cazul vrfurilor de tensiune.

Fig.1.9. Vrfuri de tensiune.

Originea vrfurilor de tensiune o reprezint avariile mpmntrii la liniile monofazate (SLG single line ground), avariile contra curent, comutarea unei sarcini de mare putere, sau

a unui capacitor de mare putere.

Deoarece, vrfurile de tensiune dureaz o scurt perioad de timp, nu exist o influen semnificativ asupra echipamentelor electrice. Totui, becurile se pot arde i pot aprea probleme de siguran.

1.4.7. ntreruperi de tensiune

O ntrerupere de tensiune se definete prin izolarea unei reele electrice de orice surs de energie electric. Datorit energiei electrice stocate ntr-o reea, exist o tensiune specific peste zero, pentru o scurt perioad de timp de la producerea ntreruperii. Din acest motiv o ntrerupere este detectat atunci cnd valoarea Urms(1\2) scade sub pragul de sensibilitate al ntreruperilor. Acest prag de sensibilitate al ntreruperilor poate

33

varia, ns de obicei este setat la valorile de 1%, 5%, 10% din valoarea tensiunii declarate.

Durata unei ntreruperi este msurat n acelai mod precum msurarea duratei unui gol de tensiune, dup ce se stabilete pragul ntreruperii. Datorit tehnicilor de msurare, o avarie de scurtcircuit poate s apar ca o scurt ntrerupere ntr-un loc al reelei i ca un gol de tensiune n alt loc al reelei. ntreruperile de tensiune sunt clasificate n dou grupe:

- ntreruperi scurte de tensiune; - ntreruperi lungi de tensiune.

ntreruperile de tensiune scurte sunt datorate unor condiii de avarie din reea care pun n funciune aparatele de comutaie automat. Durata unei ntreruperi scurte este de (13) minute n funcie de operaia de reanclanare a aparatelor de comutaie (standard sau pe baz de contract ntre distribuitor i utilizator).

ntreruperile de tensiune lungi au o durat mult mai mare dect ntreruperile scurte. Acestea apar atunci cnd o condiie de avarie nu poate fi terminat printr-o secven de comand i declaneaz ntreruptorul final al reelei. O comparaie ntre standardele CEI i EN 50160 referitoare la limitele de ntreruperi de tensiune scurte i lungi este prezentat n Fig.1.10. ntr-un mediu industrial ntreruperile de tensiune pot cauza ntreruperi n producie sporind numrul de rebuturi sau risipa de materie prim. n unele zone, ntreruperile duc la creterea riscului de deteriorare a utilajelor. Tehnologia informaiei este afectat n dou moduri. n primul rnd datele curente se pot pierde iar sistemul s se corup. n al doilea rnd, dup sfritul ntreruperii, procesul de repornire, n special la sistemele complexe, poate dura cteva ore. Din aceste motive, sistemele de calculatoare critice i echipamentele de telecomunicaie sunt echipate cu o surs nentreruptibil de energie electric (UPS).

34

Fig. 1.10. Pragul de ntrerupere i definiiile de durat.

1.4.8. Flicker

Flicker este o senzaie vizual cauzat de instabilitatea luminii. Nivelul senzaiei depinde de frecvena i de amplitudinea cu care se modific lumina i, implicit, de observator.

Modificarea fluxului luminos poate fi corelat cu fluctuaiile de tensiune (Fig.1.11).

Fig. 1.11.Fluctuaia tensiunii.

35

Flickerele sunt msurate n conformitate cu standardul IEC 61000415, determinndu-se flickerele de scurt durat (Pst) i flickerele de lung durat (Plt).

Flickerele de scurt durat sunt msurate pe parcursul a 10 minute. Indicatorul de flickere de scurt durat are valoarea 1 pentru fluctuaia factorului de luminan; aceste flickere sunt deranjante pentru 50% din populaia globului.

Flickerele de lung durat sunt calculate pe baza a ultimelor 12 flickere de scurt durat cu ajutorul relaiei urmtoare:

312

1

3

12

1

i

stlt iPP (1.1)

Fluctuaia tensiunii este cauzat de cuptoarele cu arc electric, de aparatele de sudur i de sarcini mari asemntoare care consum cureni foarte mari. Flickerele pot s apar n prezena interarmonicilor cu o frecven apropiat de frecvena de baz sau armonicilor.

Mrimea fluctuaiei tensiunii este de obicei sub 3% din tensiunea de alimentare i nu are nici o influen notabil asupra echipamentelor. Flickerul cauzat de o fluctuaie a tensiunii de 0,2% cu o frecven de 9 Hz este considerat deranjant.

1.4.9. Dezechilibrul tensiunii de alimentare

Dezechilibrul tensiunii de alimentare apare atunci cnd valorile efective sau unghiurile dintre dou faze consecutive nu sunt egale. Termenul de instabilitate este folosit ca o alternativ. Dezechilibrul tensiunii de alimentare este definit ca raportul dintre

componenta de secven negativ (componenta sistemului invers) i componenta de secven pozitiv:

%100pozitiva secventa

negativa secventa%100

d

i

uV

Vu (1.2 )

Alte cteva relaii pot fi folosite pentru dezechilibrul tensiunii de alimentare:

36

%1006

2312312

231

223

212

UUU

UUUuu (1.3)

unde: linie de tensiuni,, 312312 UUU

%100631

631

uu (1.4)

unde: 2231223212

4

31

4

23

4

12

UUU

UUU

%100max

med

mediiu

U

UUu (1.5)

unde: faza de tensiuneaiU 3

321 UUUU med

Dezechilibrul are loc atunci cnd consumul de curent nu este echilibrat sau n timpul unei condiii de avarie naintea declanrii proteciei.

1.4.10. Supratensiuni tranzitorii

Exist dou tipuri de supratensiuni tranzitorii: - supratensiuni de impuls (Fig.1.12.a);

- supratensiuni oscilatorii (Fig.1.12.b).

Supratensiunile tranzitorii de impuls sunt perturbaii unidirecionale cauzate de iluminat i au amplitudine mare dar energie sczut. Banda de frecven este mai mare de 5kHz cu o durat ntre 30200 milisecunde.

Supratensiunile tranzitorii oscilante sunt cauzate de

comutaii, de ferorezonan sau de rspunsul sistemului la o supratensiune de impuls. Supratensiunile de comutaie au o mare energie i sunt clasificate n fenomene tranzitorii de joas frecven (f

37

Supratensiunile tranzitorii conduc rapid la avarierea sau la

degradarea unui transformator, condensator sau semiconductor

sau cauzeaz izolaiei cablului, ducnd la o situaie de avarie.

a) b)

Fig. 1.12. Fenomene tranzitorii

1.4.11. Armonici

Orice deviaie periodic a formei de und pur sinusoidal a tensiunii, poate fi prezentat cu o sum de sinusoide i multiplii si ntregi. O sinusoid cu o frecvent de k ori mai mare dect fundamentala (k este un ntreg) se numete und armonic i are o amplitudine i un defazaj propriu fa fundamental. Raportul ntre frecvena unei armonici i frecvena fundamentalei (k) se numete ordinul armonicii.

Termenul de armonic este, de obicei, folosit pentru valoarea efectiv a undei armonice.

Expresia unei unde deformate este:

0

10 )2sin()(

k

UkUkU tfkcctu (1.6)

0Uc componenta de curent continuu;

Ukc amplitudinea armonicii de tensiune de ordinul k;

Uk defazajul armonicii de tensiune de ordinul k;

1f frecvena fundamental.

38

Aprecierea deformrii undei de tensiune se realizeaz cu ajutorul coeficientului de distorsiune THDU definit ca:

2

1

40

2

2

21

40

2

2

U

k

Uk

k

k

c

c

U

U

THDU

(1.7)

unde:

2

Ukk

cU valoarea efectiv a armonicii de tensiune de

ordinul k;

%1001

U

Uu kk valoare procentual a armonicii de

tensiune de ordinul k.

n Fig.1.13.a se prezint o form de und a tensiunii de alimentare, tipic mediului rezidenial i mediului uor industrializat. Dispozitivele de comutaie cauzeaz o netezire a prii superioare a formei de und sinusoidale. Fig.1.13.b reprezint spectrul frecvenelor i arat distorsiunea undei sinusoidale cauzat de armonicile tensiunii. Fiecare armonic poate fi exprimat prin amplitudine (ck), valori efective (Uk) sau procente (uk). Prezentarea n procente Fig.1.13.b - este cea mai folosit n cazul calitii energiei electrice.

Tot ce s-a prezentat pentru armonicile de tensiune rmne valabil i pentru armonicile de curent i THDI:

0

10 )2sin()(

k

IkIkI tfkccti (1.8)

unde:

0Ic componenta de curent continuu;

Ikc amplitudinea armonicii de curent de ordinul k;

Ik defazajul armonicii de curent ordinul k.

39

a) b)

Fig.1.13. Forma de unda tipic a tensiunii i reprezentarea armonicilor sale

21

40

2

2

21

40

2

2

I

k

Ik

k

k

c

c

I

I

THDI

(1.9)

2

Ikk

cI valoarea efectiv a armonicii de curent de ordinul k;

%1001

I

Ii kk valoare procentual a armonicii de curent k.

Fig.1.14 permite explicarea principiului de apariie a armonicilor. Din punctul de vedere al unui utilizator, reeaua de energie electric poate fi reprezentat printr-un generator G i o impedan de referin XS. Tensiunea generatorului este considerat o tensiune pur sinusoidal cu o valoare efectiv nominal. Tensiunea de la terminalele utilizatorului difer de tensiunea de la generator datorit cderii de tensiune pe impedana de referin. n cazul unei sarcini liniare curentul i tensiunea vor fi sinusoidale. Tensiunea de ieire va fi pur sinusoidal cu o amplitudine mai mic i cu un defazaj fa de tensiunea generatorului.

40

Fig.1.14. Apariia armonicilor.

Sarcinile neliniare (redresoarele, lmpile fluorescente, computerele, televizoarele, ) absorb un curent cu un THDI mare (o form de und extrem de nesinusoidal).

Pentru scopurile de analiz, sarcinile neliniare pot fi modelate cu sarcini liniare i cu sursa curentului de armonici. Armonicile curentului cauzeaz o cdere de tensiune nesinusoidal pe impedana de referin i o tensiune deformat la terminalele sursei de energie electric.

Sarcinile neliniare perturb tensiunea de alimentare n aa fel nct apar doar armonicile impare.

Dac sarcina nu este simetric controlat, formele i valorile efective pe jumtile de perioad (pozitiv i negativ) ale curentului difer, cauznd apariia armonicilor pare i a componentei de curent continuu. Aceast situaie cauzeaz saturaia i supranclzirea miezului transformatorului. Componente de curent continuu semnificative pot fi cauzate de

furtunile geomagnetice n anumite zone. O alt surs de armonici este nsi reeaua de furnizare a

energiei electrice. Magnetizarea miezului transformatorului i saturarea sa conduce la cureni nesinusoidali.

Fig.1.15 arat cum se pot rspndii perturbaiile produse de armonici. Forma de und a tensiunii ntr-un punct de msurare

41

este deformat de ctre influena curentului produs de toate generatoarele de perturbaii din sistem (convertoarele de frecven, aparatele de sudur, computerele, transformatoarele).

Fig. 1.15. Rspndirea perturbaiilor armonice.

Originea perturbaiilor armonice:

redresoare cu o singur faz armonica a 3-a mare, THDI 80%;

sarcini trifazate armonica a 5-a, a 7-a, a 11-a, a 13-a, a 17-a;

surse controlate nesimetric armonici pare i componenta de curent continuu;

indice de pulsaie mare THDI sczut;

inductana n serie scade THDI;

reeaua sursei de alimentare are THDU 1,54.5%, n special armonica a 5-a.

Impactul asupra echipamentelor utilizatorilor:

- eficiena energetic este sczut;

42

- mbtrnirea prematur a componentelor sistemului; - armonica de ordin 3 poate produce cureni mari n conductorul de nul cauznd supranclziri i pierderi; - sporete cldura, zgomotul i vibraiile n transformatoare i motoare;

- curentul n bateria de condensatoare crete o dat cu ordinul armonicii, cauznd avarii; - prezena armonicilor crete posibilitatea de rezonan; - probleme cu frecvenele semnalelor de comunicaie; - declanarea dispozitivelor de protecie; - rata de defecte la dispozitivele electronice i la comutatoare crete dac THDU depete valoarea de 8%.

1.4.12. Interarmonici

Frecvena care nu este un multiplu ntreg al frecvenei fundamentale se numete frecven interarmonic iar componenta acesteia se numete interarmonic.

Fig.1.16. Exemple de interarmonici.

Standardul CEI 61000-4-7 Ghidul general al instrumentelor i metodelor de msurare a armonicilor i interarmonicilor, pentru sistemele de distribuie a energiei electrice i echipamentele conectate la acestea specific principiul msurrii interarmonicilor. O fereastr de 200 ms (un semnal cu 10 perioade de 50 Hz sau cu 12 perioade de 60 Hz) este folosit n calcularea DFT rezultnd o incrementare cu 5 Hz n spectrul frecvenei. O parte a spectrului este prezentat n Fig.1.16. Fiecare a 10-a liniu din spectrul frecvenei reprezint frecvena armonicii iar terminologia folosit pentru denumirea armonicii este C10k, U10k i u10k, unde k reprezint ordinea armonicii. Pentru estimarea

43

armonicilor, liniile spectrale sunt grupate n armonic i interarmonic.

Fig.1.16. Detaliile spectrului interarmonicilor.

Sursele interarmonicilor sunt sarcinile cu fluctuaii mari precum cuptoarele cu arc electric, aparatele de sudur, convertoarele, regulatoare intermitente, convertoarele de frecven i liniile purttoare de informaie de joas frecven.

Pe lng problemele ntlnite la armonici, interarmonicile cauzeaz: - flicker n prezena interarmonicilor aproape de frecvena

armonicilor;

- stimularea oscilaiilor mecanice de joas frecven (o solicitare la torsiune datorat sarcinii oscilante a generatorului);

- variaii n procesele de msurare i alte msurtori.

1.4.13. Semnalizri principale

Clasificarea se face n patru grupe:

sisteme de control al frecvenei (de la 110 Hz la 3000 Hz);

frecvena medie din sisteme (3 kHz 20 kHz)

frecvena radio din energia electric expediat de sisteme (20 kHz 148,5 kHz)

sistemul principal de marcare. ntre limitele impuse n acest caz de standardele CEI i EN

50160 este fcut o comparaie evideniat n Fig.1.17.

44

Fig.1.17. Semnalizarea limitelor de nivel a tensiunii.

1.4.14. Comutare n trepte i zgomot

Comutarea n trepte (Fig.1.18) este un fenomen care apare din cauza circuitului intern al redresoarelor controlate care

genereaz, pentru o perioad scurt, un efect tranzitoriu de curent care, de asemenea, influeneaz tensiunea.

Fig.1.18. Comutare n trepte i zgomot.

Zgomotul este un semnal de spectru larg care se suprapune

peste tensiunea de alimentare. Este generat, mai ales, de ctre echipamentele de telecomunicaie, PC-uri i PLC-uri. Inductana

45

n serie, filtrele, transformatoarele izolatoare i strile liniilor pot fi folosite pentru suprimarea zgomotului i a comutrii n trepte.

Comutarea n trepte poate avea un impact asupra circuitelor cu trecere prin zero. Un raport mare dU/dt poate cauza defectarea

mecanismului de declanare. Not: Ambele perturbaii sunt evaluate prin intermediul

THD n msurarea calitii energiei electrice. 1.4.15. Interval de integrare Pentru a obine informaii adecvate despre comportarea unei reele, evenimentele calitii energiei electrice trebuie msurate pe o perioad mai lung de timp. O sptmn este considerat ciclul minim de timp n care toate strile diferite ale reelei pot fi vizualizate.

n acest timp, o cantitate mare de date trebuie prelucrat. De exemplu, un vrf/gol de tensiune este estimat pe baza 10 ms valoare efectiv. Exist aproximativ 60.480.000 de astfel de valori doar pentru tensiunea pe o faz pe sptmn. Armonicile, flikerele i msurtorile trifazate sporesc cantitatea de date. Pentru a asigura eficiena, datele trebuie s fie concentrate. Concentrarea datelor este realizat prin reuniunea acestora pe o perioad specific de timp cunoscut sub numele de interval de reuniune (integrare). Exist trei valori implicate n fiecare interval de integrare: valoarea medie, minim i maxim a valorii msurate. La sfritul unui interval de integrare fiecare nregistrare (valoarea medie, minim, maxim) este salvat n memoria instrumentului de msurare, iar dup terminarea msurtorii datele sunt descrcate n PC-computer. Durata intervalului de integrare poate fi setat de ctre utilizator de la cteva secunde pn la 15 minute, ns standardele care se ocup de calitatea energiei folosesc intervale de 10 minute.

1.4.16. Frecvena cumulat

Cnd se folosete media datelor n intervalul de integrare, cantitatea de date coninut de memoria unui instrument de msurare este cu mult redus. Oricum, nc exist 1008 intervale

46

de 10 minute pe sptmn i 3024 de valori (minime, medii, maxime) sunt stocate pentru fiecare canal selectabil al

utilizatorului activat pentru nregistrare. Suplimentar, concentrarea datelor poate fi fcut pe un PC dup ce datele sunt descrcate din memoria instrumentului de msurare. Statistica statisticii este efectuat din dou motive:

datorit naturii aleatoare a variaiei de tensiune, rezultatele msurtorilor anumitor evenimente ale calitii energiei electrice sunt caracterizate mai bine prin metode statistice

fa de medii i extreme;

rezultatul unui set de msurtori poate fi prezentat printr-o singur valoare.

Fig.1.19. Frecvena cumulat

Frecvena cumulat este o metod folosit pentru evaluarea statistic a valorilor msurate. n Fig.1.19 este prezentat histograma caracteristic tensiunii nregistrate THD. Frecvena cumulativ, linia ngroat, este folosita ca un criteriu n standardul EN 50160. Valorile de pe axa absciselor reprezint numrul de perioade de integrare. De exemplu, intervalul 2 are valoarea de 190 ceea ce nseamn c 190 de valori medii ale tensiunii THD n 10 minute sunt n intervalul [2,25, 2,75]. Alt valoare stabilit pe histogram este PC95 i este procentajul de citiri care sunt mai mari de 95% din eantioane

47

ntr-o perioad de timp. Valoarea PC95 a unei anumite msurtori este folosit pentru validarea limitelor definite n standard. 1.4.17. Evaluare fa de limitele standard

Pentru a confirma c perturbaiile dintr-o surs de tensiune rmn ntre limitele admise, rezultatele msurrilor referitoare la calitatea energiei electrice trebuie evaluate n raport cu limitele definite n standarde.

Standardele care se ocup cu calitatea energiei electrice caracterizeaz variaia de tensiune n dou moduri diferite:

- cu indici descriptivi

- cu valori obinute statistic Indicii descriptivi sunt folosii pentru acele evenimente ale calitii energiei care au o natur aleatoare, care pot varia n timp i care sunt extrem de dependente de arhitectura sistemului. Astfel de evenimente se ntmpl foarte rar. Ele nu pot fi limitate n mod unic i sunt date numai figurile aproximative. Aceasta este cea mai apropiat descriere:

schimbri rapide de tensiune;

goluri de tensiune;

vrfuri de tensiune;

ntreruperi scurte;

ntreruperi lungi;

supratensiuni tranzitorii. A doua categorie este folosit pentru aprecierea unui fenomen care poate fi msurat pe o perioad complet:

frecvena tensiunii;

amplitudinea tensiunii de alimentare;

variaiile tensiunii de alimentare;

severitatea flickerelor;

dezechilibrul tensiunii de alimentare;

armonica tensiunii;

interarmonicile tensiunii.

48

a) Limita +10% / 15%

b) 95% din limita medie efectiv de 10 minute

Fig.1.20. Zone pentru variaii de tensiune

Un exemplu bazat pe criteriul standard pentru variaiile tensiunii de alimentare (EN50160:1999, 2.3):

Criteriu: Sub condiii normale de exploatare excluznd situaiile rezultate din defecte sau ntreruperi de tensiune, n timpul fiecrei perioade dintr-o sptmn, 95% din valoarea medie efectiv de 10 minute a tensiunii de alimentare trebuie s se afle n intervalul Un 10%. Valorile medii efective ale tensiunii de alimentare ale tuturor celor 10 minute trebuie s fie n domeniul Un +10%/ 15%

Zonele gri din Fig.1.20 reprezint zonele permise ale variaiei de tensiune. La msurtoarea prezentat, nici valorile absolute (limita +10% / 15%), nici cele statistice (10% n 95%

49

din timp) nu ndeplinesc condiiile, cauznd o cretere a PC95 peste limita de 10% (uor, chiar peste 12%).

1.4.18. Tensiunea nominal i cea declarat

EN 50160 introduce urmtoarele definiii ale tensiunii: - tensiunea de alimentare: valoarea efectiv a tensiunii la

un anumit timp la terminalele sursei de alimentare,

msurat pe un interval dat; tensiunea nominal a unui sistem (Un): tensiunea pentru

care a fost proiectat sistemul i la care se refer caracteristicile de funcionare;

tensiunea de alimentare declarat (Uc): Tensiunea de alimentare declarat Uc este n mod normal tensiunea nominal Un a sistemului. Dac nelegerea dintre furnizor i client const n aplicarea la bornele terminalului a unei tensiuni diferite de cea nominal, atunci aceast tensiune este tensiunea de alimentare declarat.

50

CAPITOLUL 2

NORME I STANDARDE

2.1. Norme interne i internaionale n domeniu

n anul 1985 Comisia European a stabilit c electricitatea este un "produs" (Directiva CE 85/374) iar definirea clar a caracteristicilor eseniale i a metodelor de ncercare asigur consumatorilor de electricitate funcionarea corect. Produsul energie electric este utilizat de diveri consumatori, de la cei industriali, pn la cei casnici. Indicatorii de calitate ai energiei electrice se refer n mod concret la trei aspecte: calitatea tensiunii, calitatea frecvenei i calitatea serviciului.

Un sistem de indicatori al calitii energiei electrice reprezint un ansamblu de reglementri ce asigur promovarea riguroas a unei politici a calitii energiei electrice la nivel de stat, a unor programe naionale concrete. Presupune, printre altele, definirea i promovarea unei legislaii, adecvate i armonizat cu reglementrile adoptate la nivel internaional, care vizeaz responsabilitatea furnizorilor de energie electric pentru eventualele daune pricinuite utilizatorilor de electricitate.

Calitatea energiei electrice depinde nu numai de furnizor ci

i de toi consumatorii racordai la aceeai reea de alimentare iar aceia care contribuie la alterarea calitii trebuie s-i asume partea lor de responsabilitate.

Abaterile parametrilor de calitate a energiei electrice fa de valorile acceptate pot determina daune consumatorilor din cauza

reducerii produciei planificate sau a scderii duratei de via a utilajelor i echipamentelor consumatorului, creterea pierderilor n transportul i distribuia energiei electrice ca i solicitri suplimentare ale generatoarelor din sistem. De aici rezult

51

importana ncercrilor specifice pentru determinarea parametrilor de calitate ai energiei electrice.

Pentru noile relaii contractuale, dintre furnizorii i consumatorii de energie electric, a fost i este necesar n continuare elaborarea unor recomandri i/sau norme acceptate internaional, cu privire la nivelul admisibil al perturbaiilor i la capacitatea receptoarelor electrice de a face fa acestor perturbaii. n SUA un standard relevant n domeniu este IEEE-519-1992 (IEEE, 1992) ce aduce recomandri privind tensiunile i curenii din reelele de alimentare. Computer and Business Equipment Manufacturers Association [CBEMA] a introdus o

recomandare (Federal Information Processing Standards

Publication 94) privind calitatea alimentrii echipamentelor de calcul. n industrie se aplic recomandrile cuprinse n Standard ANSI C84.1-1995. Grupul de lucru Distributed Resources and

Electric Power Systems Interconnection al IEEE Standards

Coordinating Committee 21 (SCC21) a finalizat Standardul P1547

privind interconectarea reelelor distribuite la sistemul electric general.

n Comunitatea European, exist mai multe organizaii cu preocupri n domeniul calitii energiei electrice:

- CIGRE Conferina internaional a marilor reele electrice Grupul de lucru CE 36;

- CIRED Conferina internaional a reelelor de distribuie;

- UNIPEDE Uniunea internaional a productorilor i distribuitorilor de energie electric ;

- UIE Uniunea internaional de electrotermie CE Perturbations;

- CEI Comisia electrotehnic internaional Comitetul de studii 77;

- CENELEC Comitetul european de normalizare electrotehnic CLC.

Pe plan european sunt de semnalat urmtoarele norme de baz privind calitatea energiei electrice:

52

- EN-50160, norm elaborat de CENELEC i intrat n vigoare n noiembrie 1994. Norma definete toleranele i valorile limit pentru parametri alei care definesc calitatea energiei electrice;

- DISNORM 12/89, norm elaborat de UNIPEDE i valabil din anul 1989.

Ca referin la standardele existente, relevante pentru noiunile cu care se opereaz n Standardul European EN 50160, sunt i urmtoarele norme ce constituie surse de informaii suplimentare:

EN 50065-1/1991+A1/1992 Semnalizare n instalaiile electrice de j.t. frecven 3 kHz 148,5 kHz.

EN 60555-1/1987 Perturbaii n sistemele de alimentare cauzate de consumatorii casnici i de echipamentele electrice similare. Partea

1: Definiii (CEI 555-1 1982) EN 60068 / 1993 Flickermetru Specificaii de funcionare

i construcie (CEI 868 (1986) +A1 1991) EN 61000-4-7/1993 Compatibilitate electromagnetic (CEM) Partea 4: Tehnici de msurare i testare. EN 61000-2-2/1993 Compatibilitate electromagnetic. Partea

2: Mediu. Seciunea 2: Niveluri de compatibilitate pentru perturbaiile generate la joas frecven i transmiterea de semnale n reelele publice de alimentare de joas tensiune (CEI 1000-2-2 (1990)).

CEI 50 (161)/1990 Vocabular electrotehnic internaional.

Norma EN 50160 impune exigene severe n materie de msurtori i ncercri. Un numr mare de parametrii diferii trebuie, pe de o parte, s fie continuu msurai (frecven, valorile eficace, golurile de tensiune i supratensiuni, armonice, flicker etc.) iar, pe de alt parte, rezultatele msurtorilor trebuie s fie nregistrate pe un timp minim de o sptmn.

53

Ansamblul datelor care rezult este foarte mare. Pentru supravegherea tuturor parametrilor definii de norma EN 50160, mai mult de 150 de serii de date de msurare trebuie s fie nregistrate (3 variaii de tensiune, 3x40 armonice, 3x10 interarmonice, 3 flickere i nivelul de dezechilibru), pentru fiecare serie, n total 1008 valori (valori medii pe intervale de 10 minute n timpul unei sptmni). Aceste date trebuie, n continuare, s fie clasate i reprezentate sub o form care s permit o interpretare raional , simpl i rapid, n relaie cu norma. n tabelul 2.1 se prezint un rezumat al parametrilor ce trebuie msurai conform normei EN 50160. Tabelul 2.1

Parametrul Metoda de msurare Intervalul de msurare

Perioada de

observaie

Variaia de tensiune

Valoarea medie pe 20ms 10 minute 1 sptmn

Goluri de

tensiune

Amplitudine i durat Eveniment izolat

1 zi

ntreruperi de tensiune

Durata Eveniment

izolat

1 zi

Armonice i interarmonice

Valoarea medie pe 200ms a

valorii eficace

10 minute 1 sptmn

Flicker Flicker de scurt durat Media a 12 Pst(2h) 1 sptmn

Dezechilibru Comp. de secven invers Comp de secven direct

10 minute 1 sptmn

Telecomenzi Clasarea valorilor medii de 3

secunde

- 1 zi

Frecvena Clasarea valorilor medii de 10 secunde

- 1 sptmn

Pe baza acestor cerine, organizaia UNIPEDE la care sunt afiliate 17 ri europene: Germania, Austria, Belgia, Danemarca, Spania, Finlanda, Frana, Luxemburg, Grecia, Irlanda, Italia, Norvegia, Olanda, Portugalia, Anglia, Suedia i Elveia, a elaborat documente legate de calitatea energiei i acceptate n aceste ri. n Romnia, interesul privind unele aspecte ale calitii energiei electrice dateaz nc din anii 1980, fiind apoi introduse

54

norme care caut s aplice standardele europene. Exemplificm prin :

- Normativ privind combaterea efectului de flicker in reelele electrice. PE 142/80, 1980;

- Normativ privind alimentarea cu energie electrica a

consumatorilor industriali si similari. PE 124/95, 1995;

- Normativ privind limitarea regimului nesimetric si deformant,

in reelele electrice. PE 143/94, 1994.

2.2. Standardul EN 50160

2.2.1. Prezentare general

Energia electric este un produs i ca orice produs, trebuie s satisfac propriile cerine de calitate. Pentru ca un echipament electric s funcioneze corect, este necesar ca energia electric s-i fie furnizat la o tensiune cuprins intr-o anumit band n jurul valorii nominale.

O mare parte, semnificativ, a echipamentelor utilizate n prezent, n special dispozitive electronice i calculatoare necesit o bun calitate a energiei electrice. Totui, aceleai echipamente cauzeaz adesea o distorsiune a tensiunii de alimentare a instalaiilor ca urmare a caracteristicilor lor neliniare, adic ele conduc la apariia unui curent nesinusoidal atunci cnd se aplic o tensiune sinusoidal. Astfel, meninerea unei caliti satisfctoare a energiei electrice este o responsabilitate comun a furnizorului i utilizatorului de energie electric.

Conform standardului EN 50160 furnizorul este cel care

livreaz energia electric printr-un sistem de distribuie public, iar utilizatorul sau consumatorul este achizitorul (cumprtorul) energiei electrice de la furnizor. Utilizatorul este ndreptit s primeasc de la furnizor o energie cu o calitate corespunztoare.

n practic nivelul de calitate a energiei electrice este un compromis ntre utilizator i furnizor. Dac calitatea disponibil nu este suficient pentru nevoile utilizatorului, sunt necesare msuri de mbuntire a calitii i acestea vor fi subiectul unei analize cost-beneficiu. Totui, costul unei caliti

55

necorespunztoare a energiei electrice depete de regul, costul msurilor necesare pentru mbuntire. Se estimeaz c pierderile cauzate de o calitate necorespunztoare a energiei electrice cost industria i comerul UE aproximativ 10 miliarde de euro pe an.

Totui, energia electric este un produs foarte special. Posibilitatea de stocare a energiei electrice ntr-o cantitate semnificativ este extrem de limitat astfel c ea este consumat n momentul n care este generat. Msurarea i evaluarea calitii energiei electrice livrate trebuie fcut n momentul consumului ei. Msurarea calitii energiei electrice este complex, deoarece furnizorul i utilizatorul, ale cror echipamente electrice sensibile, sunt i surse de perturbaii, privesc problema din perspective diferite.

De remarcat c Standardul CEI 60038 deosebete dou tensiuni diferite n reea i n instalaii:

tensiunea de alimentare, care este tensiunea ntre faze sau faz-neutru n punctul comun de conectare (PCC), adic n punctul principal de alimentare a instalaiei; tensiunea de utilizare, care este tensiunea ntre faze sau faz-neutru la priz sau borna echipamentului electric.

Principalul document care se refer la cerinele care privete "partea furnizorului" este EN 50160 (SR EN 50160)

Caracteristicile tensiunii furnizate de reelele publice de distribuie care prezint parametrii tensiunii aferente energiei electrice n aceste sistemele publice de distribuie. Acesta este un standard european adoptat i n Romnia.

El este completat n unele regiuni i ri prin alte standarde suplimentare, cum ar fi n Germania sau n Polonia. Multe coduri regionale, ca de exemplu TAB Germania aplicate unei anumite

utiliti au fost unificate ca o parte a liberalizrii pieii de energie electric din Germania. Conform cu CEI 60038, ambele standarde, EN 50160 i regulile speciale se refer la tensiunea de alimentare, adic msurat n punctul comun de conectare.

Pe partea utilizatorului este important calitatea energiei electrice disponibil la echipamentul utilizatorului. O funcionare corect a echipamentului necesit ca nivelul influenei

56

electromagnetice asupra echipamentului s fie meninut sub anumite limite. Echipamentul este influenat de perturbaiile alimentrii i de celelalte echipamente din instalaii, dup cum el nsui influeneaz alimentarea. Aceste probleme sunt rezumate n seria EN 61700 a standardelor de compatibilitate electromagnetic (CEM), n care sunt caracterizate limitele pentru perturbaiile de conducie. Sensibilitatea echipamentului la calitatea tensiunii reelei de alimentare ca i msurile de mbuntire sunt prezentate n seciunea 3 (Armonici) i seciunea 5 (Perturbaii de tensiune) ale acestui Ghid.

Subiectul acestei seciuni este prezentarea standardului EN 50160 i o analiza a cerinelor acestuia n concordan cu funcionarea unui echipament ales. De asemenea, sunt prezentate metode de msurare ale parametrilor tensiunii de alimentare. 2.2.2.Caracteristicile tensiunii n reelele de distribuie public

n standardul EN 50160 sunt definii civa parametrii ai tensiunii. Cei mai importani sunt:

- tensiunea de alimentare;

- tensiunea nominal a sistemului (Un); - tensiunea de alimentare declarat (Uc) ; - condiii normale de funcionare; - variaia tensiunii; - flicker;

- gol de tensiune de alimentare;

- ntreruperea alimentrii; - supratensiuni temporare de frecven industrial; - supratensiuni tranzitorii;

- tensiunea armonic ; - tensiunea interarmonic; - nesimetria de tensiune .

2.2.3. Principalele recomandri ale EN 50160

EN 50160 prezint principalii parametrii ai tensiunii i banda de abatere admisibil n punctul comun d