CONDITIILE DE CALITATE IN ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICA A CONSUMATORILOR

CONDITIILE DE CALITATE IN ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICA A CONSUMATORILOR

Pentru buna functionare a receptoarelor, alimentarea cu energie electrica trebuie sa indeplineasca o serie de conditii referitoare la tensiune, frecventa, putere si continuitate. Prezentarea detaliata a acestor conditii se sistematizeaza in cele ce urmeaza.

a. Tensiunea constanta, ca valoare si forma, constituie o prima conditie pentru orice tip de receptoare. Este recomandabil ca tensiunea la bornele receptoarelor sa fie constanta si egala cu cea nominala sau variatiile posibile sa se incadreze in limitele precizate pentru fiecare receptor in parte. In exploatarea instalatiilor electrice apar variatii de tensiune, cauzate de consumator, datorita variatiilor de sarcina sau scurtcircuitelor. Aceste variatii pot fi lente, cauzate de modificarea in timp a incarcarii receptoarelor, sau rapide - cauzate de scurtcircuite sau de modificari rapide ale sarcinii (de exemplu cuptoare cu arc, utilaje de sudare, laminoare, compresoare, masini cu cuplu pulsatoriu s.a), inclusiv cele datorate conectarilor - deconectarilor de receptoare. Se foloseste denumirea de gol de tensiune pentru orice scadere a valorii eficace a tensiunii unei retele electrice cu o amplitudine cuprinsa intre o valoare minima sesizabila (circa 0,2 U_n) si U_n pe o durata de cel mult 3 s.

Dintre receptoarele si instalatiile sensibile la goluri de tensiune fac parte urmatoarele:

- motoarele si compensatoarele sincrone;

- motoarele asincrone (in functie de caracteristica cuplului rezistent);

- echipamentele electronice, inclusiv redresoarele comandate;

- contactoarele de 0,4 kV si cele din circuitele secundare;

- automatica, protectia, blocajele si reglajele din circuitele tehnologice.

O diminuare cu caracter permanent a valorii tensiunii poate fi consecinta subdimensionarii sectiunii conductoarelor, situatie cu urmari negative ca: distrugerea izolatiei electrice, nefunctionarea echipamentului si suprasolicitarea termica a receptoarelor si conductelor.

Tensiunile de alimentare mai mari decat cele nominale determina functionarea in suprasarcina a unor receptoare de forta si reducerea duratei de viata a receptoarelor de iluminat.

Scaderea tensiunii sub valoarea nominala atrage dupa sine solicitarea termica (la motoarele electrice), functionarea la parametri inferiori (la cuptoarele electrice) sau chiar nefunctionarea unor receptoare sau instalatii (desprinderea electromagnetilor, a motoarelor asincrone s.a). Problema formei tensiunii se pune atat in cazul receptoarelor alimentate de curent continuu, cat si in cazul celor alimentate in curent alternativ.

Tensiunea continua la bornele receptoarelor de curent continuu poate avea o serie de armonici, mai ales daca sursa de tensiune este un redresor semicomandat sau comandat. Continutul de armonici este limitat in functie de efectele acestora asupra receptoarelor, prin precizarea coeficientului de distorsiune admis.

Abaterea de la forma sinusoidala a undei de tensiune determina functionarea receptoarelor de curent alternativ in regim deformant. In timp ce la unele receptoare, cum sunt cuptoarele cu inductie, prezenta armonicilor in unda de tensiune nu deranjeaza, la altele - printre care si motoarele electrice - prezenta armonicilor de tensiune trebuie limitata tot prin precizarea coeficientului de distorsiune admis.

Coeficientul de distorsiune k_d al undei de tensiune se defineste ca raportul dintre valoarea eficace a reziduului deformant U_d si valoarea eficace U a undei de tensiune,

, (1.1)

in care reziduul deformant are expresia

, (1.2)

unde U_i este valoarea eficace a armonicii i, iar n poate fi limitat la n = 13 pentru calculele practice.

Coeficientul de distorsiune total, rezultat din functionarea receptoarelor consumatorului si din conditiile din sistemul electroenergetic, se limiteaza la valoarea:

, (1.3)

adica la 5%.

Cauzele distorsiunii undei sinusoidale de tensiune se gasesc in cea mai mare parte la consumator. In timp ce o serie de echipamente, cum sunt bobinele cu miez feromagnetic, receptoarele cu arc electric si mutatoarele reprezinta surse de armonici de tensiune si curent, elementele reactive de circuit ca bobinele si condensatoarele constituie amplificatoare de armonici de tensiune, respectiv de curent. In cadrul instalatiilor electrice la consumator, trebuie luate masuri pentru reducerea efectelor deformante si a influentei asupra retelei de alimentare.

b. Frecventa constanta a tensiunii de alimentare constituie un deziderat major atat pentru buna functionare a receptoarelor, mentinerea preciziei aparatelor de masura, cat si pentru masinile de lucru antrenate prin motoare de curent alternativ. Variatiile frecventei pot fi cauzate de variatii importante de sarcina sau de avarii grave in sistem, originea unor asemenea cauze putand fi si consumatorii de energie electrica.

Mentinerea constanta a frecventei industriale (50 Hz) este o problema la nivel de sistem energetic, fiind legata de puterea in rezerva din centralele electrice ale sistemului si de operativitatea dispeceratului. In anumite situatii, cand posibilitatile de producere a energiei electrice in centrale sunt limitate, se decide intreruperea alimentarii unor consumatori (sacrificarea distribuitorilor), in scopul mentinerii frecventei in sistem.

Abaterile maxim admise ale frecventei sunt de 0,5 Hz.

c. Simetria tensiunilor este conditia in baza careia sistemului tensiunilor de faza trebuie sa-i corespunda trei fazori egali si defazati cu 120⁰.

Cauzele nesimetriei sunt pe de o parte instalatiile de producere si transport, independente de consumator, iar pe de alta parte sarcinile dezechilibrate ale consumatorilor.

Consecintele nesimetriei tensiunilor se studiaza prin metoda componentelor simetrice, cand se determina pe langa componentele directe si componentele inverse si homopolare. Ultimele sunt cauzele unor cupluri de franare, respectiv incalzire si vibratii la motoarele de curent alternativ.

Nesimetria tensiunilor se exprima printr-un coeficient de nesimetrie , dat de relatia:

,

in care U_A, U_B, U_C reprezinta fazorii tensiunilor de faze, in V, U_n - tensiunea nominala a retelei, in V, - operatorul de rotatie.

Nesimetria tensiunii este admisa in limitele de pana la 2%

(1.5)

pe o durata indelungata, la bornele oricarui receptor electric simetric, trifazat.

d. Puterea necesara este o conditie globala a consumatorilor si unul dintre criteriile esentiale in proiectare.

In acelasi tabel, se indica treapta de tensiune minima care trebuie sa existe in statia de racord, posibilitatile de alimentare din aceasta statie si momentul sarcinii.

Consumatorii cu puteri absorbite maxime de 50 kVA se alimenteaza din reteaua de joasa tensiune.

Sarcina maxima de durata se stabileste pentru un interval de cerere de 15, 30 sau 60 min, stand la baza calculelor de dimensionare a elementelor retelei din conditii termice si de determinare a pierderilor de putere. Exista si sarcini maxime de scurta durata (de varf), care pot dura 110 s si care se iau in considerare la calculul fluctuatiilor de tensiune din retea, la reglajul protectiilor maximale s.a.

Modul in care necesitatile de consum de energie electrica sunt asigurate in timp consumatorului de catre furnizor este caracterizat prin gradul de satisfacere a alimentarii consumatorului in punctul de delimitare. Aceasta marime, notata cu C, se defineste ca raportul dintre durata probabila de alimentare si durata de alimentare ceruta

, (1.6)

in care T_c este intervalul de timp din cadrul unui an calendaristic in care consumatorul solicita criteriul de siguranta, T_n - durata probabila de nealimentare in perioada considerata.

Gradul de satisfacere in alimentare poate fi determinat pentru diferite nivele de puteri cerute.

Alimentarea cu energie electrica a consumatorilor apartinand diverselor clase se poate realiza din sistemul electromagnetic la urmatoarele niveluri de siguranta:

- nivelul 1, prin doua cai de alimentare independente, dimensionate fiecare pentru puterea ceruta la consumator (rezerva de 100% in cai de alimentare) si prin doua puncte distincte de racord (rezerva de 100% in surse). Realimentarea consumatorilor, in caz de avarie a unei cai, se prevede a se realiza prin comutarea automata a consumului pe calea neavariata, cu o discontinuitate de maximum 3 s;

- nivelul 2, prin doua cai de alimentare care nu sunt in mod obligatoriu independente (rezerva de 100% in linii electrice) si de regula, printr-un singur punct de racord. Realimentarea consumatorului in caz de intrerupere simpla (avaria a unei cai) se poate face numai dupa identificarea defectului si efectuarea unor manevre manuale de izolare a acestuia, dupa o intrerupere de 0,58 h, in functie de clasa consumatorului, structura retelei de alimentare si pozitia centrului de interventie in raport cu locul manevrelor;

- nivelul 3, printr-o singura cale de alimentare. Realimentarea consumatorului in caz de avarie se poate face numai dupa repararea sau inlocuirea elementelor defecte.

In situatii justificate, consumul asigurat in caz de intrerupere simpla poate fi mai mic decat sarcina maxima de durata, iar calea de alimentare se dimensioneaza in consecinta. Exista un nivel de siguranta optim pentru alimentarea unui consumator.

e. Continuitatea alimentarii cu energie electrica a consumatorilor reprezinta cea mai importanta conditie calitativa.

In functie de natura efectelor produse de intreruperea alimentarii cu energie electrica, receptoarele se incadreaza in urmatoarele categorii:

- categoria 0, la care intreruperea in alimentarea cu energie electrica poate duce la explozii, incendii, distrugeri grave de utilaje sau pierderi de vieti omenesti. Incadrarea receptoarelor in aceasta categorie se admite in cazul in care nu se dispune de alte forme de energie, in cazul in care acestea nu sunt justificate tehnic sau sunt prohibitive economic in comparatie cu actionarea electrica, precum si in situatiile in care masurile de prevenire de natura tehnologica nu sunt eficiente.

Se incadreaza in categoria 0 instalatii si echipamente ca: iluminatul de siguranta, instalatiile de ventilatie si evacuarea a gazelor nocive sau a amestecurilor explozive, pompele de racire ale furnalelor si cuptoarelor de otelarii, calculatoarele de proces s.a.

- categoria I, la care intreruperea alimentarii duce la dereglarea proceselor tehnologice in flux continuu, necesitand perioade lungi pentru reluarea activitatii la parametrii cantitativi si calitativi existenti in momentul intreruperii, la rebuturi importante de materii prime, materiale auxiliare, scule, semifabricate s.a., la pierderi materiale importante prin nerealizarea productiei planificate si imposibilitatea recuperarii acesteia, la repercursiuni asupra altor unitati importante sau la dezorganizarea vietii sociale in centrele urbane.

Receptoarele de categoria I sunt incluse in instalatii tehnologice organizate pentru productia in serie mare, in flux continuu, in instalatii de ventilatie, de cazane, de transport al clincherului etc.

- categoria a II-a, la care intreruperea alimentarii determina nerealizari de productie, practic numai pe durata intreruperii, care pot fi, de regula, recuperate. In aceasta categorie se incadreaza majoritatea receptoarelor din sectiile, prelucratoare.

- categoria a III-a, cuprinde receptoarele care nu se incadreaza in categoriile precedente (ex. magazii, depozite).

La stabilirea categoriei receptoarelor se tine seama de:

- cerintele de continuitate in alimentarea receptoarelor;

- cerintele speciale in ceea ce priveste calitatea tensiunii si a frecventei;

- indicatorii valorici ai daunelor provocate de intreruperile in alimentarea cu energie electrica.

Clasificarea receptoarelor pe categorii, cu stabilirea duratei de realimentare, adica a duratei intreruperilor admisibile in alimentare, se efectueaza de catre proiectantul general, dupa consultarea furnizorilor de echipamente, a beneficiarului investitiei si a proiectantului de specialitate. Durata de realimentare se situeaza deasupra unei valori minime de 3 secunde (la receptoarele de categoria 0 sau I), corespunzand duratei de actionare a automaticii de sistem, putand atinge chiar cateva ore (la receptoare din categoriile II si III), fara a depasi insa 24 ore.

Astfel, clasa consumatorului si categoriile receptoarelor din compunerea sa determina in primul rand durata de realimentare si consumul asigurat, ceea ce conduce la stabilirea celorlalte caracteristici ale nivelurilor de siguranta, ca modalitatile de rezervare in cai si surse si gradul de satisfacere minim.

In caz de intrerupere dubla la consumatorii cu doua cai de alimentare, realimentarea se asigura numai dupa timpul necesar repararii unei cai. La fel, in cazul unor defectiuni provocate de fenomene imprevizibile, durata de realimentare este determinata de posibilitatile de reparare a instalatiilor avariate.

Cunoasterea structurii unui consumator pe categorii de receptoare are o importanta deosebita pentru proiectantul de instalatii electrice, aceasta influentand unele din etapele de baza ale proiectarii cum sunt:

- stabilirea schemei de racordare si distributie in inalta tensiune,

- organizarea posturilor de transformare,

- alegerea schemei de distributie in joasa tensiune etc.