Influenta echipamentelor electrotermice asupra retelei electrice de alimentare - simetrizarea incarcarii fazelor retelei trifazate in cazul sarcinilor monofazate

Influenta echipamentelor electrotermice asupra retelei electrice de alimentare

Instalatiile electrotermice reprezinta, de cele mai multe ori, mari consumatori de energie electrica. Conectarea acestora la reteaua de distributie se face de obicei direct la statia de transformare a intreprinderii sau la postul de transformare al sectiei. Tensiunea nominala U_n la barele la care este racordata instalatia electrotermica se alege in functie de puterea aparenta nominala S_n a acesteia. Se recomanda [1.2] urmatoarele corelatii:

Multe dintre echipamentele electrotermice fac parte din clasa consumatorilor per­tur­batori, care in functionare pot determina o serie de distorsiuni in reteaua electrica de ali­mentare, afectand astfel calitatea energiei electrice livrata celorlalti consumatori co­nec­tati in aceeasi retea.

In functionarea echipamentelor electrotermice pot aparea regimuri nesinusoidale (determinate de caracterul neliniar al receptoarelor), regimuri nesimetrice (determinate de receptoarele monofazate sau inegal incarcate pe cele 3 faze), fluctuatii de tensiune. De asemenea, consumul de energie reactiva poate afecta nivelul de tensiune pe barele de alimentare.

Stabilirea limitelor admisibile ale perturbatiilor determinate de functionarea in­sta­la­tiilor electrotermice (ca si a altor tipuri de consumatori perturbatori) se face pe baza eva­luarii efectelor lipsei de calitate a energiei electrice datorata acestor perturbatii, co­re­lat cu analiza imunitatii la perturbatii a echipamentelor conectate in reteaua elec­tri­ca.

Nivelul d al pertur­batiei care intra in reteaua electrica are, in general, un caracter sta­tistic si poate fi caracterizat de densitatea de probabilitate p(d) de aparitie. Imu­ni­ta­tea echipamentelor este, de asemenea, un fenomen probabilistic fiind caracterizat de pro­babilitatea P(d) de a fi afectat de perturbatia de nivel d. Daca se impune un anumit ni­vel de compatibilitate, con­sumatorii conectati in reteaua electrica se dimensioneaza astfel incat perturbatia globala produsa sa fie cel mult egala cu nivelul planificat, in­fe­ri­or nivelului de compatibilitate. Din nivelul planificat, fiecarui consumator per­tur­ba­tor ii este alocata o cota proportionala, in general, cu puterea sa contractata.

Echipamentele din reteaua electrica sunt incercate la un ni­vel al perturbatiei egal cu nivelul de test, su­pe­rior nivelului de com­patibilitate.

Functionarea in­sta­latiilor elec­tro­ter­mi­ce la parametrii pro­iec­tati impune ali­men­tarea acestora cu e­ner­gie electrica de ca­li­ta­te. Realizarea indicatorilor de calitate ai e­ner­giei electrice, ca obligatie a furnizorului de energie electrica, nu poate fi obtinuta de­cat in corelatie cu perturbatiile introduse de functionarea con­sumatorilor electrotermici. In acest sens, indicatorii de calitate pot fi impartiti in in­di­catori primari, care de­pind in principal de furnizorul de energie electrica si indicatori se­cundari, determinati in primul rand de functionarea consumatorilor per­tur­ba­tori.

In categoria indicatorilor primari de calitate intra:

- frecventa tensiunii de alimentare;

- amplitudinea tensiunii la barele de alimentare;

- supratensiuni temporare si tranzitorii;

- goluri de tensiune.

Tot in categoria indicatorilor primari pot fi cuprinse si intreruperile de scurta si lunga durata care definesc insa calitatea serviciului (alimentarea cu energie electrica) si nu calitatea produsului (energie electrica) livrat.

In categoria indicatorilor secundari sunt cuprinsi indicatorii care definesc ur­ma­toa­re­le tipuri de perturbatii:

- armonici;

- interarmonici;

- fluctuatii de tensiune (efect de flicker);

- nesimetrii.

Datele existente in prezent au permis normarea indicatorilor de calitate ai energiei electrice (tabelul 1.1), urmariti pe baza curbelor de tensiune si, intr-o masura mult mai re­dusa, normarea nivelului perturbatiilor (urmarite pe curbele de curent electric) in­tro­du­se de consumatori.

In tabelul 1.2 sunt indicate principalele norme internationale (in curs de asimilare si in Romania) privind racordarea la reteaua electrica a consumatorilor perturbatori.

In prezent exista metode si mijloace tehnice pentru limitarea perturbatiilor de­ter­mi­nate de functionarea echipamentelor electrotermice, la nivelele impuse. In general se accepta ca nivelele impuse sa nu fie depasite in 95% din timpul de functionare.

1.2.1. Simetrizarea incarcarii fazelor retelei trifazate in cazul sarcinilor monofazate

Instalatiile cu rezistenta electrica de incalzire directa, instalatiile cu inductie elec­tro­magnetica la 50 Hz si altele, sunt de obicei monofazate, conducand astfel la o in­car­care nesimetrica a retelei electrice si deci la afectarea calitatii energiei electrice livrata altor consumatori din aceeasi retea.

Nivelul perturbatiei introduse in reteaua electrica este definit prin coeficientul de nesimetrie negativa (di­simetrie) k_i^- si prin coeficientul de nesimetrie zero (asimetrie)  k_i⁰.

Tabelul 1.1 Indicatori de calitate ai energiei electrice

Nr.		Norma
crt	Indicator	EN 50160	UNIPEDE DISNORM 12	Norme in Romania
Indicatori primari
	Frecventa	50 Hz  in 95% din timp 50 Hz  in 100% din timp	50 Hz	PE 026 RFUEE; PE 932 50 Hz in 100% din timp 50 Hz  in 99% din timp 50 Hz in 90% din timp
	Amplitudinea ten­si­u­nii (Un tensiunea no­minala, Uc tensi­unea contractata)	Uc Document online: Evolutia pietei imobiliare in ultimii ani Document online: Descriere folii de polietilena in 95% din timp	Un 10% la JT Un la MT	STAS 930 Un 10% la JT Un la MT si IT
	Supratensiuni temporare	Uc
	Supratensiuni tranzitorii
	Goluri de tensiune	Cele mai multe din­tre goluri au durate sub 1 s si ampli­tu­dine sub 60%.	Amplitudinea golu-lui (10 100)%, cu durate 10 ms cateva secunde. Nr  an
	Intreruperi de scurta durata	Zeci pana la sute pe an; 70% dintre in­tre­ruperi au o du­ra­ta sub 1 s.	Durata sub 1 min. Se definesc prin frecventa anuala de aparitie pe un fider.	PE 124 93; PE 013/94 Se definesc prin nu­mar me­diu si maxim, cu un anumit nivel de risc. Va­lorile se stabilesc cu consuma­torul.
	Intreruperi de lunga durata	an	Durata peste 1min. Se definesc prin frecventa anuala de aparitie si du- rata medie.	PE 124 93; PE 013/94 Se definesc prin numar me­diu, durata medie, nu­mar ma­xim, durata ma­xima, cu un anumit ni­vel de risc. Va­lorile se stabilesc cu consu­ma­torul.
	Armonici	Limite de nivel de ar­monici si coefi­ci­ent de distorsiune pe curba de ten­si­u­ne, in 95% din timp.	Limite de nivel de armonici. Coeficient de dis­tor­siune 8%.	PE 143 Coeficient de distor-siune la JT si MT de 8%, la IT de 3%. Valori limita pentru nivel armonici pana la rangul 40.

Indicatori de calitate ai energiei electrice (continuare)

Tabelul 1.2. Principalele recomandari CEI privind conectarea la retea a consumatorilor de energie electrica

Coeficientul k_i^- se defineste ca raportul dintre componenta de secvventa negativa (inversa) I ^- a cu­rentului electric (obtinuta prin descompunerea curentilor de pe cele trei faze in com­po­nente simetrice) si componenta de secventa pozitiva (directa) I⁺:

(1.16)

Coeficientul k_i⁰ se defineste ca fiind raportul dintre componenta de secventa zero (homopolara) I⁰ a curentului electric si componenta de secventa pozitiva (directa) I⁺:

(1.17)

De asemenea, poate fi definit si un coeficient total de nesimetrie k_i ca suma a celor doi coeficienti k_i^- si k_i⁰:

In prezent, inca nu sunt normate valorile limita admise ale perturbatiei determinate de incarcarile nesimetrice (valori limita ale coeficientilor k_i^-, k_i⁰ si k_i). Analiza acestui tip de perturbatie ca si masurile necesare pentru limitare, se fac pe baza efectelor asupra indicatorilor de calitate a energiei electrice pe barele de alimentare.

Indicatorii de calitate corespunzatori, determinati pe curbele de tensiune, sunt:

- coeficientul de nesimetrie negativa k_u^-:

(1.18)

- coeficientul de nesimetrie zero k_u⁰:

(1.19)

- coeficientul total de nesimetrie k_u:

(1.20)

In relatile (1.18 1.20), s-a notat cu U^- componenta de secventa negativa (inversa) a ten­si­u­ni­lor pe barele de alimentare, cu U⁺ componenta de secventa pozitiva (directa), practic egala cu valoarea e­fec­tiva U_f a tensiunilor pe faza, in majoritatea cazurilor reale si cu U⁰ componenta de secventa zero (ho­mo­po­lara) a tensiunilor. In cele mai multe dintre cazuri (nesimetrii relativ reduse ale ten­siunilor pe barele de alimentare), pot fi utilizate formulele aproximative indicate in re­latiile (1.18 1.20). In aceste relatii, U_max si U_min sunt cea mai mare si respectiv cea mai mica dintre cele trei tensiuni intre faze iar U_f, max si U_f, min sunt cea mai mare si res­pec­tiv cea mai mica dintre cele trei tensiuni pe faza.

Normativele actuale [1.4] impun ca pe barele de alimentare sa fie indeplinite con­di­tiile (cu o probabilitate de 95%):

(1.21)

Reducerea nivelului perturbatiei determinata de nesimetria tensiunilor este po­si­bi­la prin repartizarea convenabila a receptoarelor dezechilibrate pe cele trei faze ale re­te­lei electrice de alimentare, daca functionarea acestora este simultana. In cazul re­cep­toa­re­lor monofazate, daca nivelul perturbatiei depaseste valorile admise, se impune ali­men­tarea acestora prin intermediul unor scheme de simetrizare care contin bobine si con­densatoare sau transformatoare. In practica se intrebuinteaza: scheme de simetrizare cu bobina si condensatoare sau scheme de simetrizare cu transformatoare monofazate.