45

Click here to load reader

Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

1

Prof. dr. ing. Elena HELEREAProrector Universitatea Transilvania din Brasov

Brasov, 1 Aprilie 2006

Universitatea Transilvania din Brasov

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1. INDICATORI DE CALITATE2. CALITATEA FRECVENTEI

3. CALITATEA TENSIUNII

I. Variatii lente de tensiune

II. Fluctuatii de tensiune (efect flicker) III. Goluri de tensiune 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)5. REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC

Page 2: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

2

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1. INDICATORI DE CALITATE

Calitatea energiei electrice - capacitatea furnizorului de energie electrica de a satisface nevoile exprimate referitoare la energia electrică 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 sinusoidală, • Frecventa – de valoare specificata,• Valoarea efectiva – de valoare specificata, • Simetria retelei (pentru sistemele trifazate) - mentinute intre anumite

limite, fixate contractual.

Page 3: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

3

1. INDICATORI DE CALITATE

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.

Realizarea indicatorilor de calitate a energiei electrice este in sarcina: furnizorului de energie electrica si a consumatorului.

Furnizorul are obligatia de a livra energie electrica la parametri de calitate

contractati. Pentru aceasta monitorizeaza parametrii de calitate in punctul comun

de racordare.

Consumatorul are obligatia de a limita nivelul perturbatiilor transmise in sistemul

energetic sub nivelul alocat.

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 4: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

4

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.

1. INDICATORI DE CALITATE

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 5: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

5

Perturbatia este abaterea de la forma dorita a semnalului electric.

Originea perturbatiilor :• in reteaua furnizorului (incidente sau manevre gresite);• in reteaua consumatorului (functionarea cu socuri, care produc

nesimetrii sau care polueaza reteaua cu armonici).

Defectele in retelele electrice:• defectele trecatoare si de scurta durata - exemplu, in retelele

aeriene,• defectele permanente - mai frecvent in retelele subterane.

1. INDICATORI DE CALITATE

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 6: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

6

Clasificarea perturbatiile electromagnetice :

a) dupa frecventa :• de joasa frecventa – semnale cu gama de frecventa <1 MHz,• de inalta frecventa – semnale cu frecventa 1 MHz;

b) dupa modul de propagare :• conduse prin conductoarele retelei – curenti si diferente de potential ;• radiate (in aer) – camp electric si camp magnetic;

c) dupa durata:• permanente sau intretinute - afecteaza in special circuitele analogice• tranzitorii (aleatoare si periodice) – afecteaza circuitele numerice.

1. INDICATORI DE CALITATE

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 7: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

7

Perturbatiile care influenteaza direct reteaua electrica, deci calitatea energiei

electrice furnizate sunt perturbatiile de joasa frecventa conduse: • fluctuatii de frecventa si tensiune (flicker),• goluri de tensiune si microintreruperi,• supratensiuni atmosferice, de comutatie etc.

Perturbatiile care apar in functionarea sistemelor energetice afecteaza toate

caracteristicile undei de tensiune : • forma • frecventa• amplitudinea• simetria (in sistemele trifazate).

1. INDICATORI DE CALITATE

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 8: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

8

2. CALITATEA FRECVENTEI

Mentinerea 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.

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 9: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

9

Indicatori de estimare a variatiilor frecventei

- abaterea absoluta momentana a frecventei fata de valoarea nominala:

Δf = f - fn

- abaterea absoluta medie a frecventei fata de valoarea sa nominala:

Δf = 1/T ∫ Δf(t).dt

- coeficientul de variatie a frecventei : CVf = σf / f,

unde : f – frecventa medie pe intervalul T ;

σf – abaterea medie patratica a frecventei fata de valoarea sa medie.

2. CALITATEA FRECVENTEI

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 10: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

10

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

2. CALITATEA FRECVENTEI

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 11: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

11

3. CALITATEA TENSIUNII

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: ΔU= US-UN

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Page 12: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

12

a) 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 0,001…0,003 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 ENERGIEI ELECTRICE

3. CALITATEA TENSIUNII

Page 13: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

13

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 ENERGIEI ELECTRICE

3. CALITATEA TENSIUNII

Page 14: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

14

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.

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

3. CALITATEA TENSIUNII

Page 15: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

15

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 ENERGIEI ELECTRICE

3. CALITATEA TENSIUNII

Page 16: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

16

I. Variatii lente de tensiune

• Sunt variatiile tensiunii de aprox. ±10…20 % 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.

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

3. CALITATEA TENSIUNII

Page 17: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

17

Indicatori pentru aprecierea variatiilor lente de tensiune

- Abaterea de tensiune intr-un anumit punct al retelei: ΔU = (Us – Un / Un).100unde : Us – tensiunea de serviciu a retelei, rspectiv, tensiunea intre doua faze ale retelei electrice, masurata intr-un anumit punct si la un moment dat ; Un – tensiunea nominala a retelei, respectiv, teniunea prin care este denumita reteaua si la care se face referire pentru anumite caracteristici ale functionarii acesteia.

- 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 ENERGIEI ELECTRICE

3. CALITATEA TENSIUNII I. Variatii lente de tensiune

Page 18: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

18

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.

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII I. Variatii lente de tensiune

Page 19: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

19

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 ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII I. Variatii lente de tensiune

Page 20: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

20

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII II. Fluctuatii de tensiune

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.

Page 21: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

21

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII

Caderea longitudinala de tensiune este:

∆U = R.I.cosφ + X.I.sinφ ≈ X.I.sinφ

sau: ∆U/ UB ≈ X.I.sinφ / UB = UB.I.sinφ / UB

2 / X = Q/Ssc;

unde: UB – tensiunea pe faza; I – intensitatea curentului electric,

R – rezitenta liniei electrice; X – reactanta inductivă a liniei electrice cosφ - factorul de putere Q – puterea reactiva a consumatorului cu socuri, Ssc – puterea de scurtcircuit pe barele B.

Soluţia pentru mentinerea caderii de tensiune ∆U < ∆U;= controlul in timp real al puterii reactive Q absorbita din reteaua de alimentare.

II. Fluctuatii de tensiune

Page 22: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

22

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII

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.

II. Fluctuatii de tensiune

Page 23: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

23

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. 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

-         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.

II. Fluctuatii de tensiune

Page 24: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

24

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII

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

II. Fluctuatii de tensiune

Page 25: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

25

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. 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.

Page 26: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

26

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. GOLURI DE TENSIUNE

Indicatori de calitate :

- Amplitudinea de faza a golului de tensiune : Δuf = (Unf - Uf ) / Unf

Unde Unf - reprezinta tensiunea nominala pe faza ; Uf - modulul tensiunii de

faza care se ia in considerare pe durata golului ;

- Durata golului de tensiune : tg = tf - ti [s]

unde : ti ,tf - momentul initial respectiv final al golului.

- Frecventa de aparitie a golului de tensiune : fa = Ng / Tr,

unde : Ng - reprezinta numarul de goluri de tensiune, de o anumita amplitudine si

durata; Tr – timpul de observatie.

Page 27: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

27

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. GOLURI DE TENSIUNE

Clasificarea tipurilor de goluri de tensiune:

-- dupa durata, golurile de tensiune pot fi :-    - instantanee ;        - momentane        - temporare.- - dupa modul in care variaza tensiunile de faza, golurile de tensiune pot fi :        - simetrice - cand tensiunile celor 3 faze scad in acelasi raport fata de tensiunea nominala ;       - nesimetrice – cand tensiunile celor 3 faze scad in rapoarte diferite fata de tensiunea nominala.- - dupa numarul de faze, golurile de tensiune pot fi :        - monofazate ;        - bifazate ;        - trifazate.

Page 28: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

28

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. GOLURI DE TENSIUNE

D.p.d.v. al formelor, golurile de tensiune se pot clasifica astfel :

       - Goluri de tensiune de forma dreptunghiulara – tensiune practic constanta pe durata golului. Sunt specific scurtcircuitelor eliminate prin protectii simple (sigurante fuzibile, protectii maximale de curent,etc.)  ;       -  Goluri de tensiune de forma exponentiala – caracterizate printr-o scadere brusca de tensiune la inceputul golului si printr-o revenire practic exponentiala a acesteia. Sunt in general provocate de pronirile directe ale motoarelor de mare putere. - Goluri de tensiune de forma compusa – la care tensiunea variaza in trepte, pentru acestea legile de variatie fiind diferite sau identice. Sunt specifice functionarii in trepte a protectiilor care elimina defectul.

Page 29: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

29

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. GOLURI DE TENSIUNE

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.

Page 30: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

30

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. GOLURI DE TENSIUNE

Receptoarele ce le mai sensibile la golurile de tensiune sunt in ordine :        - Calculatoarele electronice ;        - Instalatiile de automatizare, comanda si control ;        - Motoare sincrone ; - Motoare asincrone.

Limite de imunitate la golurile de tensiune pentru unele receptoare electrice :      -  redresoare cu semiconductoare : ±15% Un;

-       - convertoarele cu semiconductoare de clasa A: ±15% Un;

-         cele cu clasa de imunitate B : (-10%....15%) Un ;

-         cele cu clasa de imunitate C : (-7,5%....15%) Un ;

- calculatoarele numerice, sistemele de comanda, control si automatizari: amplitudinea golului de tensiune de orice durata nu trebuie sa depaseasca 10% Un.

Page 31: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

31

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

1.3. CALITATEA TENSIUNII III. 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 energiei, -         prin alimentarea de la o alta sursa Dispozitive de conditionare a calitatii energiei electrice:o    -   transformatoare ferorezonante (transformatoare de tensiune constanta) o       - sintetizatoare magnetice o       - surse neintreruptibile (SNI/UPS) . 

Page 32: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

32

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

Regimul deformant este regimul permanent de funcţionare a reţelelor 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 reprezintă o abatere periodică, in regim permanent, de la forma sinusoidală a curbei (de tensiune sau de curent electric) de frecvenţă caracteristică sistemului analizat

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

Page 33: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

33

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

Tipuri de distorsiunea armonică in sistemul electroenergetic:o       componente continue;o       armonici;o       interarmonici;o       impulsuri de comutaie;o       zgomote.

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

Page 34: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

34

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

  Surse de poluare

Poluare armonica Poluarea mediului

Neidentificabile

- Aparate TV si sisteme de calcul;- Sisteme de climatizare.

- Autovehicule pe benzina si motorina.

Identificabile - Redresoare de putere;-Convertoare; Cuptoare cu arc.

- Uzine chimice;- Termocentrale.

Page 35: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

35

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

Curbele de curent si de tensiune din reţelele electrice, sunt periodice ,2;1)()( mTmtftf

Analiza armonică reprezintă operaţia de descompunere a unei oscilatii periodice oarecare in oscilatii armonice ale caror frecvente sunt multipli intregi ai frecventei fundamentale.- forma dezvoltată in serie Fourier:

1

110 )(sin)(cos)(k

kk tkbtkactf

)(sin)( 11

0 kk

k tkcctf

- forma restransa

- forma in complex:

10

11)(k

tkjk

tkjk eCeCctf

Page 36: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

36

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

Indicatori:Marimea nesinusoidală periodică :

)(sin2 11

0 kk tkYYy

Valoarea efectiva Y a marimii nesinusoidale

1

220

0

21

kk

T

YYdtyT

Y

Reziduul deformant 222

20

21

2kd YYYYYY

Nivelul armonicii de rangul k pentrucurba de tensiune:

[%]1001

U

U kku

Page 37: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

37

Spectrul nivelului armonic al unui

curent electric nesinusoidal

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

Factorul de formă

medf Y

Yk -          - pentru o curba nesinusoidală, 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 iniţiale ale armonicilor unui curent electric nesinusoidal

Page 38: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

38

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. REGIM DEFORMANT (PERIODIC NESINUSOIDAL)

Factorul de varf Y

ykv

max -         pentru o curba sinusoidala: -    pentru o curba aplatizata;

pentru o curba ascutita:

2vk

2vk

2vk

Factorul de distorsiune [%]1001001

2

2

1

U

U

U

U

N

kk

dU

Puterea activă este media pe o perioadă a puterilor instantanee

T

dtiuT

dtpT

P0

.11

Puterea active in regim nesinusoidal

kkk

k IUIUP cos1

00

Puterea reactivă in regim nesinusoidal

1

sink

kkk IUQ

Page 39: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

39

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. 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 rezultantă.

Page 40: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

40

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

. 4. 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 economic-         cresterea cheltuielilor de fabricatie-         cresterea cheltuielilor de exploatare cresterea cheltuielilor de

producere a energiei electrice .

Page 41: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

41

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

5. 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.

Page 42: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

42

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

5. REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC

P 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.

Page 43: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

43

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

5. 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. 

Page 44: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

44

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

5. REGIMUL NESIMETRIC IN SISTEMELE ELECTROENERGETIC

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.

Page 45: Curs 31 Martie 2006-Calitatea Energiei Electrice-Helerea

45

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE

5. 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 artificiala      - schema de simetrizare cu transformatoare monofazate (schema Scott)      - scheme de simetrizare cu compensare (schema Steinmetz)