Fluctuatii de tensiune (efect de flicker)

Fluctuatii de tensiune (efect de flicker)

Unele echipamente electro­ter­mi­ce (cuptoare cu arc electric, echi­pa­men­te de sudare prin puncte etc.) ca si alte echipamente industriale (la­mi­noa­re, pompe cu piston etc.) prezinta va­ri­a­tii mari si repetate ale puterii ab­sor­bi­te (consumatori cu socuri). Func­tio­na­rea acestor receptoare determina va­ri­a­tia tensiunii pe barele de ali­men­ta­re.

Daca un consumator cu socuri S este ali­men­tat de la ba­re­le B (tensiunea pe faza U_B) prin in­ter­me­diul unei linii electrice ca­rac­te­ri­za­ta de re­zis­ten­ta electrica R si reactanta induc­ti­va X, de la o sursa cu ten­si­u­nea U prac­tic con­stan­ta ca am­pli­tu­di­ne, caderea lon­gi­tu­di­na­la de ten­si­u­ne DU atunci cand con­su­ma­to­rul cu socuri absoarbe un cu­rent electric I la un factor de putere cosj este:

(1.91)

In relatia (1.91) s-a considerat ca datorita rezistentei electrice R reduse, pri­ma com­ponenta a caderii lon­gi­tu­di­na­le de tensiune se poate neglija. Re­la­tia poate fi scrisa si sub forma:

(1.92)

In relatia (1.92) s-a notat cu Q pu­te­rea reactiva a consumatorului cu socuri iar P_sc este puterea de scurt­cir­cu­it pe barele B. Relatia  pune in evidenta principala solutie pen­tru mentinerea caderii de ten­si­une DU sub nivelul de compatibilitate admis si anume controlul in timp real al puterii reactive Q absorbita din reteaua electrica de ali­men­tare.

1. Marimi caracteristice ale perturbatiei

Stabilirea nivelului perturbatiei data de fluctuatiile de tensiune si compararea cu nivelul de compatibilitate se face pe baza informatiilor privind variatia tensiunii pe barele de alimentare.

Tensiunea U(t) pe barele de alimentare se defineste prin succesiunea (la intervale de o semiperioada a tensiunii aplicate) valorilor e­fec­tive ale tensiunii faza ‑ pamant. Variatia ca­racteristica de tensiune DU(t), u­ti­li­zata in ana­liza efectului de flicker este de­fi­ni­ta ca fiind succesiunea in timp a variatiilor de ten­si­une fata de o stare in care am­pli­tu­di­nea ten­si­unii este constanta mai mult de o secunda.

Variatia de tensiune maxima DU_max co­res­punde celei mai mari valori a variatiei de tensiune, raportata la tensiunea initiala iar DU_p este diferenta permanenta de tensiune intre doua stari despartite de cel putin o variatie de tensiune.    In calculele practice se opereaza cu va­lo­rile relative ale marimilor caracteristice:

este variatia relativa de tensiune;

este variatia relativa ma­xi­ma de tensiune;

 este diferenta relativa permanenta de tensiune.

Flickerul este definit ca fiind senzatia vizuala instabila determinata de sistemele de iluminat alimentate cu tensiune fluctuanta (succesiune de variatii ale tensiunii).

In analiza efectului de flicker sunt folositi doi indicatori:

P_st ‑ indicator de scurta durata (short time), in mod uzual pe un interval de mo­ni­to­rizare de 10 minute; conventional P_st = 1 corespunde curbei de iritabilitate a ochiu­lui uman la variatii dreptunghiulare de tensiune, cu o anumita periodicitate r (1 min);

P_lt ‑ indicator de lunga durata (long time), in mod uzual pe un interval de mo­ni­to­ri­zare de doua ore.

2. Evaluarea indicatorilor de flicker

Evaluarea indicatorului P_st, pentru diferite tipuri de variatii ale tensiunii, se face pe baza indicatiilor din tabelul 1.4.

Evaluarea directa a indicatorului P_st se face cu ajutorul flickermetrului.

In cazurile in care variatia relativa d(t) este cunoscuta, evaluarea indicatorului P_st se face utilizand programe adecvate de simulare la calculator.

Metoda analitica porneste de la evaluarea duratei t_f a senzatiei de flicker [1.13]:

(1.93)

unde caderea maxima de tensiune d_max este data in procente fata de tensiunea no­mi­nala iar coeficientul F ia in consideratie forma reala a variatiei de tensiune (cu va­lori intre 0,2 si 1,45 in functie de durata, forma si amplitudinea variatiei de tensiune).

Suma duratelor t_f pe intervalul de observare T_p (in secunde) permite evaluarea ana­li­tica a indicatorului P_st. Daca T_p = 600 s atunci este utilizata relatia:

(1.94)

Tabelul 1.4 Evaluarea indicatorului P_st

Tipul perturbatiei	Metoda de evaluare
Toate tipurile de variatii de tensiune (evaluare on-line)	Masurare directa
Toate tipurile de variatii ale tensiunii daca valorile U(t) sunt cunoscute	Simulare Masurare directa
Variatii de forma dreptunghiulara cunoscute	Metoda analitica Simulare Masurare directa
Variatii repetitive de tensiune, de forma dreptunghiulara, cu periodicitate cunoscuta Document online: Evolutia pietei imobiliare in ultimii ani Document online: Descriere folii de polietilena	Se compara valorile cunoscute cu curba Pst=1 (fig.1.36)

Coeficientul F permite raportarea diferitelor forme de perturbatii la variatia de forma dreptunghiulara a tensiunii, pentru care este cunoscuta curba P_st = 1. Pentru cazul variatiilor dreptunghiulare ale tensiunii, F = 1. Daca variatiile de ten­si­u­ne au o forma dreptunghiulara, de aceeasi amplitudine d si au o frecventa de repetitie constanta si cunoscuta, indicatorul P_st este:

(1.95)

Flickermetrul simuleaza procesul de perceptie vizuala si da o indicatie a reactiei unui observator la fluctuatiile de tensiune. Aparatul asigura prelucrarea variatiilor de ten­­siune, ale retelei conectate la bornele sale. In acest sens, prin demodulare si filtrare este eliminata componenta de 50 Hz, toate frecventele mai mari de aceasta ca si compo­nen­ta continua a semnalului. Semnalul astfel rezultat, care corespunde variatiei DU(t) a tensiunii de la intrare, cu ajutorul unui filtru de ponderare este prelucrat pentru a co­res­pun­de senzatiei specifice vizuale a ochiului uman. Se obtin, in acest fel, valori ale nivelului instantaneu P al efectului de flicker.

Pentru a lua in considerare mecanismul real de jena fiziologica, efectul de flicker trebuie evaluat pe un interval semnificativ de timp. Indicatorul P_st de scurta durata, eva­lu­at pe un interval de 10 minute, rezulta prin prelucrarea statistic[v1] a a nivelelor in­stan­ta­nee P:

(1.96)

In relatia (1.96), P_0,1, P₁, P₃, P₁₀ si P₅₀ sunt nivelele de flicker depasite timp de 0,1%, 1%, 3%, 10% si respectiv 50% din perioada de observare (10 minute).

Indicatorul P_lt se determina pe baza celor 12 valori succesive determinate ale in­di­ca­torului P_st intr-un interval de doua ore.

Studiile efectuate au aratat ca efectul de flicker se insumeaza practic dupa o lege cubica. Astfel indicatorul P_lt poate fi calculat din relatia:

(1.97)

Indicatorul P_lt defineste mai bine efectul de flicker in cazul mai multor receptoare cu socuri aleatorii, functionand in aceeasi retea electrica sau in cazul unor echipamente cu socuri de putere, cu un ciclu mare de functionare (de exemplu, cuptoare cu arc electric).

3. Conectarea consumatorilor cu socuri la reteaua electrica de medie tensiune

Pentru a asigura calitatea energiei electrice livrata consumatorilor racordati la reteaua electrica se impun, pentru nivelul de flicker, urmatoarele limite de com­pa­ti­bi­li­ta­te in retelele de joasa si medie tensiune: P_st = 1 si P_lt = 0,8. Valorile planificate ale celor doi indicatori sunt prezentate in tabelul 1.5 [1.13]. Valorile planificate trebuie sa fie realizate in 95% din intervalul analizat (in mod obisnuit o saptamana).

Conectarea unui consumator cu socuri la reteaua electrica se face astfel incat functionarea sa sa nu conduca la depasirea indicatorilor planificati de flicker. Consumatorii cu socuri de putere relativ redusa pot fi conectati la reteaua electrica daca variatia de putere DS, in punctul de delimitare (punct in care are loc delimitarea ca proprietate a instalatiei consumatorului de cea a furnizorului de energie electrica), nu depaseste valorile indicate in tabelul 1.6 [1.13]. Variatia de putere DS poate fi in­fe­ri­oa­ra, egala sau mai mare decat puterea no­mi­na­la S_n a instalatiei. Astfel, de exemplu, la por­nirea unui motor asin­cron rezulta

Tabellu 1.5 Valorile planificate ale indicatorilor P_st si P_lt

Tabeul 1.6 Limitele de variatie admise DS_a la micii consumatori

In tabelul 1.6 s-a notat cu P_sc puterea de scurtcircuit pe barele de alimentare ale consumatorului cu socuri.

Pentru consumatorii perturbatori cu putere mai mare, fiecarui consumator i se aloca o cota de perturbatii (in general proportionala cu puterea sa contractata) pe care nu are voie sa o depaseasca. Determinarea cotei alocata are in vedere urmatoarele ob­ser­va­tii importante:

nivelul de flicker de la o retea cu tensiune nominala superioara se transmite la reteaua de tensiune nominala inferioara cu o anumita atenuare (coeficientul de transfer de la reteaua de inalta tensiune la reteaua de medie tensiune este de circa 0,8);

se poate neglija aportul nivelului de flicker al unei retele de tensiune nominala inferioara la reteaua de tensiune nominala superioara (coeficient de transfer nul).

Daca se considera ca nivelul planificat al indicatorului de scurta durata in reteaua de medie tensiune este , nivelul planificat in reteaua de inalta tensiune este iar coeficientul de transfer al perturbatiei este k_st, IT-MT, rezulta ca con­tri­bu­tia totala a consumatorilor cu socuri conectati in reteaua de medie tensiune poate avea cel mult valoarea:

(1.98)

O relatie asemanatoare poate fi scrisa si pentru indicatorul P_lt:

(1.99)

Daca se au in vedere valorile nivelului planificat indicate in tabelul 1.5 si se considera valoarea coeficientului de transfer a perturbatiei, dinspre reteaua de inalta tensiune catre reteaua de medie tensiune, egal cu 0,8 se obtine:

Cota  (emisia perturbatoare individuala) alocata fiecarui consumator i, din totalul perturbtiei , poate fi determinata in functie de raportul dintre puterea contractata S_ci a consumatorului i si puterea totala S_MT racordata la reteaua de medie tensiune analizata. De asemenea, se ia in considerare un coeficient de coincidenta k_sMT a socurilor determinate de consumatorii racordati la aceeasi retea (pentru reteaua de medie tensiune se poate considera k_sMT = 0,2

(1.100)

si in mod identic:                   (1.101)

In cazul in care, la conectarea unui nou consumator S_i cu socuri, se constata faptul ca ceilalti consumatori din retea au o contributie mai mare decat cea alocata lor in conformitate cu suma puterilor contractate, deci mai mare decat valoarea expresiei , noului consumator i se aloca o cota mai mica, astfel incat sa nu se depaseasca nivelul planificat in reteaua de medie tensiune. Astfel, daca ni­velul de fond (determinat de ceilalti consumatori) este , nivelul alocat noului con­sumator i va fi:

(1.102 )

In mod identic:           (1.103)

Pentru consumatorii cu socuri, de putere relativ mica, limitele de emisie individuala, determinate cu relatiile de mai sus, pot fi deosebit de dificil de realizat. In aceste cazuri, se accepta ca nivelele individuale de emisie sa nu scada sub valorile de baza si 

In cazurile practice, pot fi acceptate nivele individuale superioare celor alocate pe baza datelor de mai sus, numai in cazuri exceptionale si pe durate limitate de timp.

La conectarea consumatorilor cu socuri, direct la reteaua de inalta tensiune, cal­cu­lul cotei de emisie individuala alocata se face asemanator ca in cazul retelei de medie tensiune. Conectarea echipamentelor cu socuri de putere in reteaua de joasa tensiune este admisa numai daca acestea nu depasesc nivelul individual de emisie, admis prin norme [1.14].

4. Mijloace de limitare a nivelului fluctuatiilor de tensiune

Limitarea efectelor perturbatorii determinate de consumatorii cu socuri asupra celorlalti consumatori, poate fi realizata in principal prin doua metode:

alegerea corespunzatoare a schemei de ali­men­tare;

compensarea dinamica a puterii reactive absorbita de consumatorul cu socuri.

In general, se recomanda o separare galvanica a barelor care alimenteaza con­su­ma­torii cu socuri si ceilalti consumatori.

Nivelul perturbatiei de pe barele de medie ten­siune MT₂ care alimenteaza con­su­ma­torii fara so­curi este dat numai de perturbatia transmisa din re­teaua de inalta tensiune k_st, IT-MT P^p_st, IT si res­pec­tiv k_lt, IT-MT P^p_lt, IT, avand in vedere faptul ca per­tur­ba­tia de la ba­re­le de medie tensiune MT₁ la care sunt ra­cor­dati consumatorii cu socuri, nu se tran­smi­te in re­teaua de inalta tensiune (coeficient de transfer

Schemele de compensare dinamica a puterii reactive cuprind, in principiu, un bloc de calcul pentru determinarea permanenta a puterii reactive absorbite si trans­mi­te­rea de comenzi (practic in timp real) pentru conectarea (cu o intarziere de cel mult o perioada a tensiunii alternative aplicate) a surselor corespunzatoare de putere reactiva.

Compensarea dinamica poate fi realizata in trei variante  [1.15, 1.16]:

a) acoperirea valorii minime Q_min a puterii reactive cu o baterie de con­den­satoare C_f iar componenta variabila  cu o baterie de condensa­toa­re C_v, variabila in trepte;

b) acoperirea valorii maxime Q_max a puterii re­ac­tive cu o baterie de conden­satoare C_f iar com­po­nen­ta variabila  cu o bobina L_v cu in­duc­tivitate variabila;

c) acoperirea valorii medii Q_med a puterii re­ac­ti­ve cu o baterie de condensa­toare C_f, componenta va­ri­abila  cu ajutorul bateriei de con­den­sa­­toare C_v variabila in trepte iar componenta va­ri­a­bila cu ajutorul unei bobine L_v cu inductivitate variabila.

Bibliografie

[1.1] Sora I., s.a., Utilizari ale energiei electrice, Editura Facla, Timisoara, 1984.

[1.2] Comsa D., Instalatii electrotermice industriale vol.I si II, Editura Tehnica, Bucuresti, 1986.

[1.3] Kelemen A., Imecs Maria, Matlac I., Mutatoare. Aplicatii, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1980.

[1.4] Ionescu G.T., Indicatorii de calitate a energiei electrice si propuneri de nivele limita admise, Energetica, nr.5, seria B, 1994, pg.204

Dinculescu P., Sora I., Comsa D., Utilizari ale energiei electrice si instalatii electrice, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1983.

[1.6] Chiuta I., Conecini I., Compensarea regimului energetic deformant, Editura Tehnica, Bucuresti, 1989.

[1.7] Arie A. s.a., Poluarea cu armonici a sistemelor electroenergetice functionand in regim permanent simetric, Editura Academiei Romane, Bucuresti, 1994.

[1.8] Alexa D., Hrubaru O., Aplicatii ale convertoarelor statice de putere, Editura Tehnica, Bucuresti, 1989.

[1.9] Bala C., Togui L., Covrig M., Bobine de reactanta pentru sisteme energetice, Editura Tehnica, Bucuresti, 1982.

[1.10] *** PE 143 , Normativ pentru limitarea regimului nesimetric si deformant in retele electrice, RENEL, Bucuresti, 1994.

Tugulea A., Golovanov Carmen, Efectele energetice ale regimurilor nesimetrice si deforrmante ale sistemelor electroenergetice. Posibilitati de masurare, Energ. vol.III, pg.130 162, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987.

[1.12] *** IEC 1000-2-2 Electromagnetic compatibility (EMC) Part.2: Environment. Section 2: Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public low-voltage power supply systems.

[1.13] *** IEC 1000-3-7 Electromagnetic compatibility (EMC) Part 3: Limits. Section 7: Limitation of voltage fluctuations and flicker for equipment connected to medium and high voltage power supply systems.

[1.14] *** IEC 1000-3-3 Electromagnetic compatibility (EMC) Part.3: Limits. Section 3: Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with rated current 16 A

[1.15] *** Prospect VAROVERTER, Ein Stromrichtersystem für schnelle Blindleistungs-Kompensation; Geregelte Blindleistungs-Kompensations mit einem MEGASEMI, AEG Telefunken.

[1.16] Golovanov N., Utilizarea energiei electrice si mari consumatori, Litografia IPB, Bucuresti, 1983.