Regimul Deformant in Sisteme Energetice

8/18/2019 Regimul Deformant in Sisteme Energetice

http://slidepdf.com/reader/full/regimul-deformant-in-sisteme-energetice 1/22

Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu , Facultatea de Inginerie Specializarea Electromecanică

l

Disciplina

ELE!"#$%I!& DE 'U"E#E

!on(inut

)* 'rograma analitică a cursului+* 'rograma analitică a lucrărilor de laborator * Subiecte de e-amen.* Bibliogra/ie0* 1odalită(i de evaluare a cuno2tin(elor 3* #e/erat

'ro/esor 4 !oordonator

Sl* Dr* Ing* Francisc Szombat/alvi "5r56

Student 7ndrei #ares 8 1i9ai:rupa );+

1




)* '#$:#717 7%7LI"I!& 7 !U#SULUI

)*)* <ariatoare de tensiune continuă =<"!>

#egimul !!1 al <"!* #egimul D!1 al <"!*

)*+* <ariatoare de tensiune continuă =<"!>

!onvertoare BU!? cu izolare galvanică* !onvertoare B$S" cu izolare galvanică*!onvertoare F$#@7#D cu izolare galvanică* !onvertoare FL7AB7!? cu izolaregalvanică* !omanda <"!*

)** #egimul de/ormant

'uteri, energii n regim de/ormant* 'arametrii regimului de/ormant* %ormative Europenepentru regimul de/ormant* )*.*!omuta(ia n circuitele electronice cu circuitesemiconductoare* Cntrerupătoare statice*

)*.* #egimul de/ormant#egimul de/ormant n sistemele energetice* #egimul de/ormant n produs deconvertoare ca;cc* 1ăsurarea regimului de/ormant*

)*0* 7meliorarea regimului de/ormant

Filtre active* #edresor mono/azat ideal* #edresor tri/azat ideal*)*3* 7meliorarea regimului de/ormant

!onvertor 'F!* !omanda 'F! prin curent mediu* !omanda 'F! prin reac(ieanticipativă* !omanda 'F! prin curent de vr/* !omanda 'F! prin curent de9istereză* !omanda 'F! prin purtătoare neliniară* !ircuite integrate pentruconvertoare 'F!* !onvertoare 'F! 4 <S*)**!onvertorul tri/azat

)** !onvertoare cu circuite rezonante

!onvertoare cvasirezonante* !onvertoare cvasirezonante !S* !onvertoarecvasirezonante <S*

)*G* !onvertoare cu circuite rezonante

!ircuite integrate pentru convertoare !S* !ircuite integrate pentru convertoare<S* !onvertoare cu circuit de sarcină rezonantă .

)*H* Surse n comuta(ie

Surse n comuta(ie n contra timp* !ircuite integrate '@1 pentru surse n

comuta(ie* !ircuit integrat U! )G.3* Stabilitatea surselor n comuta(ie*

2




)*)* Surse de rezervă

Surse nentreruptibile de tensiune =U'S>

)*))* !ircuite integrate specializate pentru convertoare

!ircuite LSI pentru comanda motoarelor de ca* !ircuite integrate deputere*Invertoare de tensiune '@1* Invertoare de curent '@1* !onvertoare de/recven(ă*

)*)+* Senzori

Senzori de tensiune 2i de curent pentru convertoare*)*)*Energetica conversieienergiei*

)*)* Discretizarea energiei electrice

Discretizarea energiei electrice de cc* Discretizarea energiei electrice de ca*

)*).* 'rotec(ii

'rotec(ia n curent a convertoarelor statice* 'rotec(ia n tensiune a convertoarelorstatice* 'rotec(ii du;dt, di;dt*

3




+* '#$:#717 7%7LI"I!& 7 LU!#&#IL$# DE L7B$#7"$#

+*)* Sănatatea 2i securitatea in muncă*Studiul comenzii redresorului semicomandat n punte mono/azată

+*+* Studiul comenzii redresorului semicomandat n punte tri/azată

+** Studiul comenzii variatorului de tensiune de tip B$$S"+*.* Studiul comenzii variatorului de tensiune continuă de tip BU!?+*0* Studiul comenzii invertorului de tip 1!1U##7A+*3* Studiul comenzii invertorului serie cu sarcină rezonantă+** Studiul comenzii convertorului !7 4 !! cu izolare galvanică+*G* Studiul circuitului de comandă '@1 "L .H.+*H* Studiul procesului JEF .0++*)* Studiul ec9ipamentului de comandă invertor !! 4 !7 tri/azat+*))* Studiul senzorilor de curent 2i tensiune+*)+* Studiul circuitelor de corec(ie pasiv al /actorului de putere

+*)* Studiul circuitelor de corec(ie al /actorului de putere 'F! activ+*).* Studiul convertoarelor cvasirezonante

4




*SUBIE!"E DE EK71E%

3.1 <ariatoare de tensiune continua, regimul de conductie continua, regimulde conductie intrerupta

3.2 <ariatoare de tensiune continua cu izolare galvanica !onvertorul BU!?3.3 <"! cu izolare3.4 'arametrii regimului de/ormant * 'uteri* Energii*3.5 #egimul de/ormant in sisteme energetice3.6 Evidentierea regimului de/ormant3.7 1onitorizarea regimului de/ormant3.8 #edresorul mono/azat ideal3.9 #edresorul tri/azat ideal*) !onvertoare de corectie a /actorului de putere*)) !omanda 'F! prin curent mediu

*)+ !omanda 'F! prin curent de var/ *) !omanda 'F! prin reactie anticipata*). !ircuite integrate pentru convertoare 'F!*)0 !onvertoare cvasirezonante cu comutatie la curent *)3 !onvertoare cvasirezonante cu comutatie la tensiune *) Surse in comutatie 4 generalitati*)G Surse in comutatie in contra timp*)H Surse in comutatie de tip FLA B7!?*+ !ircuite integrate pentru surse in comutatie*+) Surse neintreruptibile de tensiune

3.22 !ircuite pentru comanda de curent alternativ*+ Senzori de tensiune*+. Senzori de curent*+0 'rotectia in curent a convertoarelor statice*+3 'rotectia in tensiune a convertoarelor statice*+ 'rotectia dispozitivelor semiconductoare*+G Invertoare '@1 mono/azate*+H Invertoare cu modulatie in duarata a implusurilor tri/azate '@1* #edresoare tri/zate ideale

5




.*BIBLI$:#7FIE

1inimală obligatorie

- ?elemen, 7* 2i col* Electronică de putere, ED', Bucure2ti )HG- Ionescu, F* 2i col* Electronică de putere*!onvertoare statice* Ed*te9nică

Bucure2ti )HH3- Bitoleanu, 7* !onvertoare statice 2i structuri de comandă

per/ormante* Ed*Sitec9 !raiova +

!omplementară

- 7le-a, D* 7plica(ii ale convertoarelor statice de putere* Ed*te9nicăBucure2ti )HGH

- 'opescu, <* Electronică de putere* Ed*de <est "imi2oara )HH3- :olovanov, !* 2i col* 'robleme moderne de măsurare n

electroenergetică, Ed*te9nică Bucure2ti +)- 'opescu, <* Stabilizatoare de tensiune n comuta(ie* Ed*de <est

"imi2oara )HH+- @illiams, B*@* 'oMer Electronics, Ed*1acmillian )HGEricson, #*@* Fundamentals o/ 'oMer Electronics, ED*!9apman and Jall, %eMAor6 )HH*

0* 1$D7LI"&NI DE E<7LU7#E 7 !U%$O"I%NEL$#

Forma de evaluare =E 4 e-amen, ! 4 colocviu;test /inal, L' 4 lucrări decontrol>

E

Stabilireanotei

/inale=procentaPe>

- răspunsurile la e-amen oral 0Q

- activitatea la lucrările practice de laborator )Q

- prezen(a activă la curs 2i laboratoare 0Q

- activită(i de re/erate, documentare, contacte cu/irme, propuneri de mbunătă(ire etc*

+0Q

- răspunsurile la lucrările de control )Q

- "$"7L )Q

!apacitatea de analiză 2i sinteză a studen(ilor 2i de8a lungul semestrului , att la orele decurs ct 2i de laborator* %ota /inala % ob(inută de student ca o măsură a cuno2tin(elor acumulate 2i a disponibilitatilor de utilizare a acestor cunostinte are urmatoarelecomponente

6




%)8 nota pentru prezenta

%+8 nota pentru activitatea des/ă2urată la laborator

%8 nota pentru re/erat

%.8 nota pentru lucrări de control

%08 nota de e-amen /inal

%R ,0 - %) ,) - %+ ,+0 - % ,) - %. ,0 - %0

'rezenta este obligatorie la laborator si proiect* 7ctivitatea de laborator este /inalizată nurma e/ectuării tuturor lucrărilor, absen(e ma-im . , care se recuperează la s/r2itulsemestrului* Cn timpul semestrului /iecare student va ntocmi un re/erat pe o temă aleasădin programa analitică a cursului =acesta va /i predat 2i pe suport electronic>* Se va /ace o

cercetare tematică pe internet, de asemenea /iecare student va contacta o /irmă careproduce dispozitive de electronică de putere* Lucrările de control sunt considerate ,testele de debut 2i s/r2it de disciplină n care se veri/ică cuno2tin(ele minime legate deprezen(a la disciplină*

E-amenul /inal este oral cu răspuns după biletul de e-amen, care con(ine subiecte*

$b(inerea notei cinci după subiectele de e-amen dă dreptul studentului la un Poc interactivde mbunătă(ire a notei ob(inute*

%ota /inală se măre2te in procent de +Q pentru activită(i deosebite n interesul

disciplinei*

!erin(e minime pentru nota 0

'entru nota /inală % R 0, trebuie ca /iecarenotă %) T** %0 să e-iste n componen(anotei /inale 2i nu are voie ca niciuna să /iemai mică de 0*

!erin(e pentru nota )

'entru nota /inală % R ) trebuie ca/iecare notă %) T** %0 să /ie ) saupentru % R G studentul să aibă activită(ideosebite =olimpiade, lucrări de cercetare,concursuri na(ionale sau interna(ionale,prezen(ă n comisii, etc*>

7




REGIMUL DEFORMANT IN SISTEME ENERGETICE

Autor : Andrei Rares-Mihai

Introducere :

In cele ce urea!a sunt "re!entate #eneralitati ale re#iului de$orant insistee ener#etice %dar si $unctionarea asinilor asincrone % sincrone % a

trans$oratoarelor si electronicelor in re#i de$orant&

Re!uat :

7baterea tensiunii si curentului de la /orma sinusoidala reprezinta regimul de/ormant*

Solutia mai vec9e o constituia folosirea filtrelor de armonici solutiile moderna sebazează e-clusiv pe utilizarea compensatoarelor statice rapide si reglabile de putere

reactivă si de regim deformant, care cuprind si filtre de armonici.

Semnalele electrice periodice nesinusoidale (deformante) sunt cauzate de:

− generatoarele rotative, care nu produc tensiuni de /orma per/ect sinusoidala− /unctionarea in retele de c*a* a aparatelor de/ormante si care sunt constituite in

general de elementele neliniare din retea =consumatori de putere relativ mare,avand caracteristici neliniare trans/ormatoarele cu miezuri saturate, instalatiile deredresare, cuptoarele cu arc electric, etc*>

#egimul de/ormant este cauza unor e/ecte nedorite in electroenergetica*

Se cunosc e/ectele daunatoare ale regimului de/ormant indi/erent daca estesimetric sau nesimetric, produs sau ampli/icat de receptor, el /iind cauzasupraincalzirilor elementelor traversate de curent, cu tot ceea ce deriva dinacestea*

Elementele componente ale unui sistem energetic sunt concepute sa/unctioneze in regim armonic sinusoidal, cu /recventa /undamentala nominala,stabilita prin reglementarile te9nice ale tarii respectiveIn concluzie, sursele poluante din cadrul sistemului energetic apar la /unctionarea

urmatoarelor categorii principale de instalatii

− instalatii electrice si electronice cu caracteristici neliniare =mutatoare, instalatiii de

electroliza, cuptoare cu arc electric etc*>− generatoare si elemente de trans/er care, prin constructia lor, nu realizeaza

semnale de iesire de /orma per/ect sinusoidala =masini sincrone, trans/ormatoarede putere etc*>

− componente ale circuitului electric care /unctioneaza in regimuri anormale =masinielectrice si trans/ormatoare in suprasarcina, descarcarea corona pe liniileelectrice aeriene etc*>In ceea ce priveste gradul de de/ormare a tensiunii si curentului se poate releva inin/luenta elementelor reactive de circuit =bobine, condensatori> asupra semnalelor ce intervin =tensiuni, curenti> intr8un regim de/ormant* Elementele reactive de

circuit se comporta in mod di/erit , producand de/ormarea mai pronuntata a unoradintre semnale inraport cu celelalte*

8




Generalit'ti

7baterea tensiunii si curentului de la /orma sinusoidala reprezinta regimulde/ormant*

#egimul de/ormant prezintă aspectele unei probleme generalizate a sistemuluielectroenergetic, pentru combaterea căreia trebuie luate atat măsuri pro/ilactice =deevitare si de diminuare, incă din etapa de proiectare, a producerii si propagăriiarmonicilor superioare>, cat si măsuri protectoare si curative =de compensare a regimuluide/ormant si a e/ectelor acestuia>* "oate aceste măsuri au un caracter local sau cel multzonal* 'rincipalele probleme care trebuie rezolvate la consumatorii de/ormanti sunt

compensarea variatiilor bruste de putere reactivă absorbită

compensarea regimului de/ormant, care nu trebuie con/undată cu ”compensarea puteriide/ormante”*%otiunea de ”compensare a puterii de/ormante” este o /ormulare eronată,avand in vedere neconservabilitatea acestei puteri* In timp ce solutia mai vec9e oconstituia folosirea filtrelor de armonici solutiile moderna se bazează e-clusiv peutilizarea compensatoarelor statice rapide si reglabile de putere reactivă si de regim

deformant, care cuprind si filtre de armonici.

'rin compensarea regimului de/ormant se intelege ansamblul de măsuri care se

iau pentru prevenirea aparitiei regimului de/ormant in retelele electroenergetice si pentrulimitarea e/ectelor acestui regim*1ăsurile de prevenire , care pot /i luate incă din /aza deproiectare, sunt următoarele

1ăsuri cu caracter general, care constau in alegerea acelor consumatori caresunt caracterizati printr8un nivel scăzut al curentilor armonici generati si in amplasareaacestor receptoare de/ormante in acele zone ale retelei de alimentare caracterizate prinputeri mari de scurtcircuit

1ăsuri speci/ice anumitor instalatii sau receptoare de/ormante in cazul

cuptoarelor cu arc electric, se urmăreste cresterea impedantei de scurtcircuit a retelei dealimentare printr8o linie specială sau printr8un trans/ormator dedicat in cazulredresoarelor, se alimentează puntile de redresare prin intermediul unor trans/ormatoarecare au cone-iunile stea8triung9i, sau triung9i8stea si care ast/el realizează tensiuni dealimentare de/azate cu V /ată de tensiunile retelei

<eri/icări ale retelei de alimentare re/eritoare la posibilitatea aparitiei regimuluide/ormant* 7ceste veri/icări urmăresc in primul rand determinarea gradului de de/ormarea tensiunii si nivelul di/eritelor armonici pentru /iecare receptor de/ormant ce urmează a /iconectat apoi, posibilitatea aparitiei rezonantelor armonice si deci a unor supratensiuni

armonice, in special pentru circuitele prevăzute cu baterii de condensatoare pentru

9




compensarea puterii reactive, iar la depistarea unor ast/el de cazuri, urmează să seprevadă montarea de instalatii corespunzătoare de /iltrare*

E-istă, de asemenea, cateva reguli de bază pentru racordarea la reteaua electrică a unuireceptor de/ormant

consumatorii slab perturbatori pot /i racordati in retea /ără rezerve

consumatorii puternic perturbatori sunt obligati să8si compenseze regimulde/ormant, in general, prin montarea de /iltre

dacă /iecare dintre consumatorii perturbatori conectati intr8un nod al retelei='!!> a respectat limitele de emisie impuse, insă pe intregul nod de retea limita globalăde perturbatii este depăsită, /urnizorul de energie electrică are obligatia să ia măsurile

necesare reducerii nivelului acestor perturbatii, deoarece in acest punct comun decuplare pot /i racordati si alti consumatori =c9iar nede/ormanti>, a căror /unctionare arputea /i deranPată de poluarea cu armonici generate de ceilalti consumatori de/ormanti*

Este /oarte important să /ie subliniat /aptul că marea maPoritate a curentilorarmonici din sistemele de distributie a energiei electrice sunt de ordin impar =, 0, , H,etc*>* De asemenea, este cunoscut /aptul că, in cele mai multe dintre situatii, cauzaregimului de/ormant se regăseste printre ec9ipamentele a/late la consumatorii deenergie electrică*Dar cel mai interesant aspect este acela că ec9ipamenteleperturbatoare ale calitătii energiei electrice sunt, in acelasi timp, si cele mai sensibile la

perturbatii*

!u toate că ec9ipamentele de măsurare moderne sunt capabile să evidentiezemărimile armonice de ordinul 0 sau c9iar mai mare, in practică prezintă interesarmonicile de ordin in/erior, stiindu8se că amplitudinea armonicilor scade o dată cudeplasarea către ordine superioare*

!a rezultat al problemele create de perturbatiile armonice, este pusă la dispozitiautilizatorilor o variată gamă de metode si ec9ipamente de atenuare a acestora* 7cesteec9ipamente apelează la o serie de metode clasice de eliminare a perturbatiilor

armonice* Fiecare dintre aceste metode prezintă o serie de avantaPe si dezavantaPe,ceea ce conduce, pentru /iecare dintre ele, la o arie de aplicabilitate destul de restransă*

Se"ararea consuatorilor neliniari de cei liniari

Figura )

10




Fig* ) 4 Distorsionarea tensiunii cauzată de către consumatorii liniaria> Forma de undă a tensiunii de alimentare in '!!b> Forma de undă a tensiunii aplicate consumatorilor c> Forma de undă a curentului prin consumatorul liniar d> Forma de undă a curentului prin consumatorul neliniar

Deoarece sursa de alimentare are o impedantă proprie, care nu poate /i negliPată,

curentii de sarcină armonici generează distorsiuni armonice ale /ormei de undă atensiunii*

E-ista două elemente ale impedantei cel al cablării interne de la '!! si celpropriu sursei de alimentare la '!! =de e-emplu trans/ormatorul local de alimentare>,după cum se observă in /igura ) * !urentul distorsionat absorbit de către sarcinaneliniară determină o cădere de tensiune distorsionată pe impedanta cablului* Forma deundă a tensiunii rezultate este distorsionată si se aplică tuturor sarcinilor conectate lacircuit, provocand aparitia unor curenti armonici in acestea 4 c9iar dacă, unele dintre elesunt sarcini liniare* Solutia constă in separarea circuitelor de alimentare a di/eritelor tipuride sarcini *

7st/el, este recomandabil ca, incă din etapa de proiectare, să se aibă in vederesepararea, pe cat posibil, a consumatorilor perturbatori de restul consumatorilor =inspecial de cei sensibili la perturbatii>* 'ractic, pentru consumatori di/eriti =din punct devedere al emisiilor armonice>, ar trebui să e-iste bare de distributie distincte*

'rin gruparea separată a consumatorilor perturbatori creste, implicit, siposibilitatea recompunerii ung9iulare, deoarece suma vectorială a curentilor armonicieste, in mod evident, mai mică decat suma lor algebrică*

7st/el, sarcinile neliniare, care generează curenti armonici sunt alimentate dintr8uncircuit separat de cel care alimentează sarcinile liniare, care, in multe cazuri suntsensibile la armonici* Separarea circuitelor trebuie să se /acă in '!!, ast/el incattensiunea distorsionată de către sarcinile neliniare să nu aPungă la sarcinile liniare*

7ceastă separare poate /i /ăcută /ie in cadrul unei instalatii unice alimentate dinsecundarul unui singur trans/ormator de distributie, /ie in cadrul a două instalatii dedistributie distincte, alimentate din două trans/ormatoare de distributie separate*

Surse ale re#iului de$orant

Elementele componente ale unui sistem energetic sunt concepute sa /unctionezein regim armonic sinusoidal, cu /recventa /undamentala nominala, stabilita prinreglementarile te9nice ale tarii respective*

#egimul de/ormant este acela care se intalneste mai mult in practica* El se

datoreaza /unctionarii in retele de curent alternativ a aparatelor de/ormante si care suntconstituite in general din elemente neliniare din retea*

11




Semnalele electrice periodice nesinusoidale (deformante) sunt cauzate de:

− generatoarele rotative, care nu produc tensiuni de /orma per/ect sinusoidala− /unctionarea in retele de c*a* a aparatelor de/ormante si care sunt constituite in

general de elementele neliniare din retea =consumatori de putere relativ mare,

avand caracteristici neliniare trans/ormatoarele cu miezuri saturate, instalatiile deredresare, cuptoarele cu arc electric, etc*>

!9iar daca tensiunile electromotoare ale generatoarelor din centralele electricesunt presupuse sinusoidale, elementele neliniare de/ormeaza curentii si produc ast/elcaderi de tensiune periodice nesinusoidale, de aceea se numesc eleente de$orate

de circuit* !a urmare a acestui /apt, in retelele cu elemente neliniare tensiunile dealimentare ale consumatorului =elemente liniare sau neliniare> sunt periodicenesinusoidale*

'rezenta surselor poluante in sistemul electric determina aparitia si propagarea inretelele electrice a unor semnale periodice sau neperiodice de curent sau tensiune*

In /unctie de rangul armonicii curbele de tensiune sau de curent produse desursele poluante pot /i

− armonice, daca rangul lor este un numar intreg− subarmonice, daca rangul lor este subunitar− interarmonice, daca rangul lor este di/erit de un multiplu intreg al /recventei

/undamentale*

In practica, domeniul de /recventa al surselor poluante armonic este de la cativa9erti la aproape )6Jz*

'rin /recventa lor de aparitie si amplitudinea lor in raport cu amplitudinea/undamentala, curbele de tensiune sau de curent armonice prezinta cea mai mareimportanta in sistemul electric*

De/ormarea regimului sinusoidal in retelele electrice de curent alternativ seproduce datorita urmatoarelor cauze

−

tensiunea surselor de energie electrica din SE% este periodic nesinusoidala,ne/iind per/ect sinusoidala considerand reteaua liniara atunci apar si curentiiarmonici

− caracteristicile neliniare ale elementelor din retea− natura consumatorilor racordati la retea, etc*

Deci, pentru a e-ista regim de/ormant este necesar ca un semnal aplicat reteleisa /ie periodic nesinusoidal sau ca cel putin unul din parametrii retelei sa /ie neliniar*

Desi se poate admite ca generatoarele /urnizeaza energie elctrica sub tensiunielectromotoare de /orma sinusoidala, e-istenta in sistem a consumatorilor neliniari

produce de/ormarea puternica a curentilor care circula prin retelele dealimentare*Datorita circulatiei curentilor de/ormanti, tensiunile electrice in di/erite puncte

12




ale retelelor vor /i de/ormate =periodice nesinusoidale> ca urmare a caderilor de tensiuneproduse de curentii periodici nesinusoidali pe impedantele corespunzatoare ale retelelor*

'e de alta parte, consumatorii cu caracteristici liniare de /unctionare, cum ar /icondensatorii, /unctionand intr8o retea cu tensiune periodic nesinusoidala, contribuie la

ampli/icarea acestui regim*$ serie de consumatori a caror pondere este in continua crestere au o

caracteristica neliniara de /unctionare, cu nesimterii de incarcare, cu variatii de sarcina insocuri, ceea ce ii trans/orma in adevarati poluanti pentru retelele electrice generandarmonici de curent si tensiune*

Din aceasta categorie /ac parte cuptoarele electrice cu arc, instalatiile de sudare,actionarile cu tiristoare, redresoarele comandate, mutatoarele mono/azate sau tri/azate,trans/ormatoarele electrice, liniile de transport supratensionate prin e/ectul corona etc*,

care introduc in retea un regim de/ormant*S8a constatat ca /unctionarea retelelor in regim de/ormant are drept cauza

principala, pe langa trans/ormarea energiei electromagnetice in alta /orma de energie,prezenta acestor receptori neliniari de mare putere, circulatia armonicelor in retele /iindanaloga unei poluari a retelelor prin armonice*

!a urmare a de/ormarii curentilor si tensiunilor din reteaua electrica, puterileelectrice globale active si reactive, rezulta din suprapunerea unor componente armonicede diverse ranguri, corespunzatoare armonicilor de curent si tensiune* Este cunoscut

/aptul ca intr8o retea electrica liniara, activa, care alimenteaza receptori liniari si neliniari,puterile active si reactive se conserva atat pe armonici cat si global*

'rezenta energiei electrice armonice in retea duce la alterarea energiei electricede 0Jz, /apt evidentiat prin de/ormarea /ormei sinusoidale a tensiunii electrice si inconsecinta trecerea sistemului electroenergetic de la /unctionarea in regim sinusoidal la/unctionarea in regim de/ormant*

Energia electrica armonica se propaga in retea, /iind aplicata la bornele tuturor ec9ipamentelor electrice de la producator, transportor8distribuitor, deci ea va reprezenta

o perturbatie*!omutatia cauzeaza asupra tensiunii retelei de alimentare, ciupituri si socuri

=datorate scurtcircuitelor temporare> si produce variatia de/azaPului si puterii reactive*Intr8un punct oarecare, amplitudinea unei ciupituri depinde de raportul =inductanta

totala pe /aza>;=inductanta in amonte pe /aza>* $scilatiile de inalta /recventa provocatede comutatii, sunt salturi bruste de tensiune care intervin la inceputul si mai ales las/arsitul comutatiei* 'entru unele moduri de cuplaP aparent simetrice, asimetriacomutatiei poate conduce la aparitia unor armonice a caror valoare teoretica ar trebui sa/ie nula*

13




De asemenea, se stie ca /unctionarea cu un grad mare de compensare ampli/ica/enomenele de/ormante cauzate de consumatorii de/ormanti*

In concluzie, sursele poluante din cadrul sistemului energetic apar la /unctionareaurmatoarelor categorii principale de instalatii

− instalatii electrice si electronice cu caracteristici neliniare =mutatoare, instalatiii deelectroliza, cuptoare cu arc electric etc*>

− generatoare si elemente de trans/er care, prin constructia lor, nu realizeazasemnale de iesire de /orma per/ect sinusoidala =masini sincrone, trans/ormatoarede putere etc*>

− componente ale circuitului electric care /unctioneaza in regimuri anormale =masinielectrice si trans/ormatoare in suprasarcina, descarcarea corona pe liniileelectrice aeriene etc*>In ceea ce priveste gradul de de/ormare a tensiunii si curentului se poate releva inin/luenta elementelor reactive de circuit =bobine, condensatori> asupra semnalelor ce intervin =tensiuni, curenti> intr8un regim de/ormant* Elementele reactive decircuit se comporta in mod di/erit , producand de/ormarea mai pronuntata a unoradintre semnale inraport cu celelalte*

#etelele electrice moderne au in constructia lor un numar destul de mare deelemente de/ormante de clasa I sau II* Intradevar, nu se poate concepe o retea moderna/ara trans/ormatoare, al caror /ier este adesea saturat de asemenea, alimentareatramvaielor si cailor /erate electrice, /unctionand in curent continuu, se /ace azi, din ce ince mai mult, cu ajutorul mutatoarelor in s/arsit retelele, care in maPoritatea cazurilor sunt

constituite din cabluri subterane, /ormeaza de asemenea un aparat de/ormant*#ezulta ca in acestea retele vor aparea intotdeauna /enomene de/ormante*

In tabelul urmator sunt prezentate cateva dintre cele mai importante sursepoluante din sistemul energetic, rangul si amplitudinea armonicilor generate*

Sursa poluanta #angul armonicilor si

amplitudinile acestora

#edresoare mono/azatecomandate sau semicomandate,dubla alternanta cu sarcinarezistiva sau curent practiccintinuu la iesirea din redresor precum si in cazul montaPelor cutiristori in antiparalel cu sarcinarezistiva*

− armonici de rang impar− amplitudinea armonicilor descreste odata cu

cresterea rangului armonicilor− pentru unele valori ale ung9iului de intarziere la

comanda tiristorilor in cazul redresoarelor comandate sau semicomandate, dispar uneledintre armonicele impare*

#edresoare mono/azate, simpla

alternanta, cu sarcina rezistivasau curent practic continuu la

− armonici de rang par si impar−

amplitudinea armonicilor scade odata cu cresterearangului lor*

14




iesire

#edresoare 9e-a/azate,dodeca/azate, cu p /aze

− armonici de rang ....);3,2,1(1 =±⋅= k pk n

− amplitudinea armonicilor scade odata cu rangul

armonicii dupa relatia apro-imativa2,1

1

n

I I

n = , unde

1 I este amplitudinea /undamentalei, iar n esterangul armonicii*

Instalatii cu redresoaredisimetrice, punti de redresaremi-te, ec9ipate cu diode sitiristori

− armonici de rang par si impar− amplitudinea armonicii sub )0Q din

amplitudinea /undamentalei− descresterea rapida a amplitudinii armonicilor la

cresterea rangului acestora− aparitia armonicilor pare in cazul tuburilor cu

descarcari in vapori metalici, pe durata incalzirii*

1asini de spalat cu program − armonici impare− amplitudine descrescatoare cu cresterea rangului

acestora"elevizoare color Sisteme utilizand redresarea ambelor alternante

− armonici impare− amplitudinea armonicii de curent poate atinge

GQ din amplitudinea curentului electric/undamental

− amplitudinea armonicilor scade cu cresterea

rangului acestoraSisteme utilizand redresarea unei singure alternante

− armonici de rang par si impar− amplitudinea armonicii + de curent sub .0Q din

amplitudinea curentului electric pe /undamentalaW− amplitudinea armonicilor scade cu cresterea

rangului acestora*

!uptoare cu arc electric =pedurata topirii>

− armonici de rang par si impar− amplitudinea armonicii + de curent este

apro-imativ 0Q din curentul electric pe/undamentala− amplitudinea armonicilor scade cu cresterea

rangului acestora*!ompensatoare statice lacuptoarele cu arc electric

− armonici de rang 0,,)),)T**− amplitudinea armoncii 0 de curent sub +Q din

amplitudinea curentului electric pe /undamentala− amplitudinea armonicilor cu cresterea rangului

acestora*Locomotive electrice mono/azate

cu redresoare

− armonici impare

− amplitudinea armonici de curent sub +Q dinamplitudinea curentului electric pe /undamentala

15




− amplitudinea armonicelor scade cu crestereaacestora

Fig*+ !urba de/ormanta determinata de suprapunerea curbelor

corespunzaroare armonicelor peste curba de /recventa /undamentala

!resterea nivelului de poluare cu armonici a sistemului electric impune un studiusistematic in vederea stabilirii metodelor de depistare, masurare, analiza si adoptare aunor masuri pentru limitarea in/luentelor negative asupra /unctionarii sistemului* Indezvoltarea sistemului energetic urmeaza a se stabili o strategie de coordonareantipoluanta, pentru a corela interactiunile dintre distorsiunile armonice si ec9ipamentele

din reteaua electrica din punctul de vedere economic si te9nic, tinand seama de aspectulstatistic al poluarii armonice*

E$ecte ale re#iului de$orant

#egimul de/ormant este cauza unor e/ecte nedorite in electroenergetica* Secunosc e/ectele daunatoare ale regimului de/ormant indi/erent daca este simetric saunesimetric, produs sau ampli/icat de receptor, el /iind cauza supraincalzirilor elementelor traversate de curent, cu tot ceea ce deriva din acestea*

16




Cateva efectele perturbatoare ale energiei electrice armonice depinzand de tipul

echipamentului electric sunt prezentate in continuare:

de/ormarea tensiunii retelei, ca urmare a armonicele ce rezulta din /ormacurentului, in /unctie de impedanta armonica a retelei, care adesea este di/icil de

determinat ampli/icari ale armonicilor de curent se datoreaza corespondentei dintre/recventa proprie a unor circuite /ormate din inductante si capacitati si /recventauneia dintre armonicile energiei electrice armonice* E/ectul de ampli/icare estemarit din cauza elementelor neliniare de trans/er sau a elementelor cu inductieneliniara, /unctie de timp* 'rin ampli/icarea armonicilor de curent 8 c9iar /ara a seatinge valori corespunzatoare rezonantei nete 4 se produc incalziri suplimentarein generatori, ceea ce conduce la necesitatea micsorarii sarcinii directe pemasinile respective

aparitia unor cupluri parazite la masinile electrice ampli/icari ale armonicilor de tensiune 8 insotesc ampli/icarile armonicilor de

curent poate duce la strapungerea izolatiei electrice si distrugerea utilaPelor perturbatiile datorate energiei electrice armonice pot aparea in di/erite puncte ale

unei retele departe de sursa perturbatoare, acest /enomen /iind susceptibil de a /iaccentuat prin aparitia de rezonante locale producatoare de supratensiuni si;saude supracurenti, mai ales in urma modi/icarilor in con/iguratia geometrica a retelei

reducerea e/ectului de compensare a curentului de scurtcircuit in retelele cuneutrul tratat prin bobina de stingere

reducerea /actorului de putere la consumatorii de/ormanti si in sistemul energeticdin care sunt alimentati acestia

cresterea solicitarii instalatiilor de compensare =prin baterii de condensatori statici>

a /actorului de putere cresterea pierderilor de putere si energie pe elementele de retea atat datorita

prezentei unor curenti suplimentari =armonici> cat, mai ales, datorita cresteriirezistentei elementelor parcurse, din cauza e/ectului pelicular care este maipronuntat cu cat armonicile sunt de rang mai mare pierderile suplimentare deenergie activa se traduc prin ridicarea temperaturii liniilor si cablurilor electrice detransport si distributie, a bateriilor de condensatori instalate pentru compensareaputerii reactive de la consumatori, din retea sau de la bornele generatoarelor asincrone din micro9idrocentrale, avand drept consecinta reducerea capacitatii deutilizare a aparatelor si utilaPelor la parametri nominali si reducerea capacitatii detransport8distributie a retelei electrice

/unctionarea de/ectuoasa a instalatiilor de telecomanda centralizata cu /recventamuzicala, a releelor si a instalatiilor de conducere prin calculator de proces

e-ercitarea unor in/luente electromagnetice parazite asupra sistemelor detelecomunicatii, telegra/ice, radio, "<, tele/onie prin inalta /recventa situate invecinatatea retelelor

avarii in serviciile interne mai importante, datorita armonicilor de tensiune, putandprovoca c9iar scoaterea temporara din /unctiune a unor instalatii

cresterea erorilor de indicare in aparatele electrice de masurare =cu e-ceptiainstrumentelor termice a caror /unctionare nu este in/luentata de regimulde/ormant, la celelalte tipuri de instrumente erorile pot creste sensibil intr8un ast/el

de regim>, etc*

17




In/luenta regimului de/ormant asupra ec9ipamentelor electrote9nice poate /ideterminata precis prin cercetari asistate de metode si miPloace de masurare adecvatedecelarii calitative si cantitative a /enomenelor /izice produse de armonicile de tensiunesi de curent asupra /iecarui tip de ec9ipament* 'ana in prezent s8a reusit sa se clari/iceaspectele calitative ale e/ectelor regimului de/ormant asupra celor mai sensibile tipuri de

ec9ipamente, prezentate in continuare*

FUNC T IONAREA MA S INILOR SINCRONE IN REGIM DEFORMANT

De mult timp e-ista preocupari asupra rolului ne/ast al armonicilor in masinilesincrone* La modul general trebuie remarcat /aptul ca armonicile sunt asincrone in raportcu /recventa /undamentala* !urentii armonici, si anume partea ce se inPecteaza inmasina in raport cu admitanta sa armonica, se descompun intr8o serie de perec9i, si

anume cele de rang 0 si , )) si ), ) si )H, + si +0 *** =3k X)> =invers> si =3k )> =direct>,care produc campuri invartitoare armonice directe si inverse, ce se compun doua catedoua pentru a da campuri eliptice, ale caror a-e sunt /i-e in raport cu rotorul, dezvoltandcupluri parazite cu e/ect pendular sau de vibratii mecanice neplacute, avandamplitudinea relativa raportata la /undamentala, aproape egala cu amplitudinea relativaa curentului armonic corespunzator* !alculul si masurarea indica /aptul ca un coe/icientde distorsiune de )8+Q este practic negliPabil, atat asupra cuplului permanent de/unctionare, cat si asupra cuplului de pornire*

'ierderile prin e/ect Youle si Foucault sunt nesemni/icative in stator* Intr8adevar,

tensiunile armonice e-istente in punctul de racord sunt de ordinul catorva procente,ast/el incat ele sunt ec9ilibrate de /lu-urile armonice care se dezvolta in statorul parcursde curentii armonici, pierderile rezultate /iind in /inal mici*

E/ectul principal al armonicilor se situeaza in rotor unde induc curenti importanti inin/asurarile de amortizare* Daca in/asurarile de amortizare sunt dimensionate su/icient,curentii indusi care le parcurg anuleaza campurile armonice /ara pierderi apreciabile, inciuda e/ectului ?elvin* In caz contrar, curentii indusi in miezul /eromagnetic si inin/asurarile rotorice provoaca incalziri suplimentare* %u trebuie uitat ca dimensionareain/asurarilor de amortizare rotorice ia in considerare si posibilitatea aparitiei circulatiei

unui curent de nesimetrie datorat unei componente inverse a sistemului tri/azat detensiuni /undamentale*

FUNC T IONAREA MA S INILOR ASINCRONE IN REGIM DEFORMANT

In/luenta armonicilor se mani/esta evident destul de asemanator cu modul in careactioneaza asupra masinii sincrone, cu precizarea ca atunci cand rotorul /unctioneaza insens direct =regim de motor> cu viteze de alunecare =)Xs>, campurile invartitoare

armonice directe si inverse se compun doua cate doua pentru a da campuri eliptice, alecaror a-e se rotesc cu viteza s in raport cu rotorul*

18




'rezenta armonicilor in tensiunea de alimentare inrautateste /unctionarea masinii=sau o /ace imposibila> prin urmatoarele e/ecte

8 cupluri parazite sincrone, care solicita mecanic masina si cresc zgomotul in /unctionare

8 cupluri parazite asincrone, ce duc la micsorarea turatiei la acelasi cuplu rezistent si lacresterea pierderilor =scaderea randamentului>

"rebuie luate in considerare pierderile prin e/ect Youle, datora8te curentilor armonici care circula in in/asurarile statorice si rotorice* Intr8o prima apro-imare, acesticurenti armonici pot /i calculati pornind de la inductanta masinii in scurtcircuit, multiplicatscu rangul armonicii* 'rin aceasta se permite estimarea incalzirii suplimentare* Dacarezistenta in/asurarii rotorice nu creste cu /recventa, cum se intampla in cazul rotorului incolivie cu bare rotunde, pierderile suplimentare si incalzirea ce le insoteste sunt incaacceptabile pana la valori ale componentelor armonice de tensiune de ordinul )8)0Q*

Dimpotriva, in cazul motoarelor cu rotor bobinat in creststuri adanci, rezistenta rotorica sipierderile suplimentare cresc intr8atat in8cat incalzirea suplimentara sporeste /ata decazul rotorului in colivie cu bare rotunde, cu un /actor ce poate aPunge pana la +,0 pentrucele mai mari valori considerate ale componentelor armonice de tensiune*

FUNC T IONAREA TRANSFORMATOARELOR DE (UTERE IN REGIM DEFORMANT

In trans/ormatoarele de /orta, componentele armonice de tensiune produc ocrestere usoara a pierderilor =prin e/ect Foucault si prin 9isterezis>, iar componentele

armonice de curent o crestere a pierderilor prin e/ect Youle =datorate cresterii impedanteiodata cu /recventa>, de acelasi ordin de marime ca si in liniile de transport si distributie,insa /ara a mani/esta un caracter deosebit si /ara a necesita nici o reglementare* Insc9imb, se pare ca prezenta componentelor armonice mareste zgomotul intrans/ormatoare*

$ importanta deosebita o au curentii continui generati de di/erite aparateelectromenaPere sau ale micii industrii racordate la reteaua de distributie de Poasatensiune a trans/ormatoarelor* 7cesti curenti produc o premagnetizare ce mareste

curentul de magnetizare, trans/ormandu8l totodata in unul nesimetric si sporind pierderileprin e/ect Foucault* E/ectele acestor componente de curent continuu sunt

reduse de in/asurarile in zig8zag si triung9i inc9is, care sunt cele mai raspandite ladistributia in Poasa tensiune*

In ceea ce priveste trans/ormatoarele de masurare, deocamdata inca nu se pot/ace precizari, cercetarile /iind in plina des/asurare*

Supradimensionarea transformatoarelor si a cablurilor sau subncărcarea instalatiilor

7ceste metode nu isi propun să elimine curentii si tensiunile armonice, ci doar săminimizeze e/ectele acestora in instalatie* In momentul proiectării unei instalatii noi,

19






FUNC T IONAREA EC)I(AMENTELOR ELECTRONICE IN REGIM DEFORMANT

In categoria ec9ipamentelor electronice se considera calculatoarele,regulatoarele, electronica de putere, releele, etc*

7rmonicile de tensiune produc deplasarea punctului de comutare /ortata a unuiredresor* Dispozitivul de comanda a aprinderii tiristoarelor trebuie sa prevada o marPa desecuritate suplimentara pentru a tine cont de un ast/el de de/azaP, si anume ung9iul deaprindere trebuie sa /ie mai lung, ceea ce diminueaza per/ormantele ec9ipamentului prinreducerea tensiunii redresate si a /actorului de putere* De asemenea, armonicile detensiune produc deplasarea punctului de trecere prin zero, care /oarte adesea este luatca punct de reper de catre regulatoare si dispozitive de reglaP*

Filtre

In cele ce urmează, vor /i prezentate, pe scurt, tipurile de /iltre utilizate pentruatenuarea regimurilor de/ormante, /ără a se /ace o descriere amănun ită a acestora*ţFiltrele sunt acele circuite electrice active sau pasive care realizează compensareaputerii de/ormante la consumator si reduc perturbatiile produse in retea de către acesta*Filtrele pot /i pasive sau active*

Filtrele pasive sunt construite numai cu componente pasive =/iltre L!>* In /unctiede rolul pe care il indeplinesc si de modul de amplasare, aceste /iltre au di/erite /orme sisunt dimensionate pentru diverse benzi de trecere* 'ot /i amplasate in cone-iune seriesau derivatie, in diverse puncte ale lantului energetic*

!iltrele active sunt convertoare statice care au in componentă dispozitive

semiconductoare si componente pasive =bobine si condensatoare>, in diverse varianteconstructive si care realizează compensarea puterii de/ormante si a celei reactive*

In concluzie , regimul de/ormant este daunator atata pentru componenteleelectronice cat si pentru componentele energetice si de aceea trebuie redus cat de multposibil*

*i+lio#ra$ie

Z)[* "ugulea, 7* ”#egimul de/ormant si dezec9ilibrat de /unctionare a retelelor electrice siindicatorii de calitate ai energiei electrice”, !ontract colaborare cu 1!", )HH

Z+[* Solacolu, !* ”Sisteme de ac9izitie si măsurare a indicatorilor energetici de calitate nregimuri de/ormante si nesimetrice”, "eză de doctorat, U'B, )HHG

Z[* #osca, 1*, “"opologii moderne de U'S8uri“, 7 .)8a !on/erintă %atională de Instalatii“!resterea per/ormantei energeticea clădirilor si instalatiilor a/erente“, Sinaia, )H 8 +) oct*

+3, pag* )0G 4 )3., ISB% =)> H8008H.8, ISB% =)> HG8H8008H.8)

21




Z.[* \\\ !opper Developement 7ssociation ”'roblems caused b] 9armonics”,

9ttp;;MMM*cda*org*u6;megab+;elecapps;pub)+;sec.)*9tm

Z0[* !9apman, D* ”Jarmonics 8 !auses and E//ects”9ttp;;MMM*lpî*org;lpî_arc9ive_contribute;;)).3.+)G+_HG_HG_)_loM*pd/`3;)+.+_GG_GG_ !$%"#IBU"E_'7"J_)).3.+)G+_HG_HG_)_loM*pd/tradus in 9ttp;;MMM*sier*ro;7rticolul__)*pd/

Z3[* \\\ Sc9neider Electric 8 ”Electrical installation guide +0 8 !9apter L 8 Detection and/iltering o/

9armonics 8 3 1easuring t9e indicators”, 9ttp;;MMM*electricalinstallation*merlingerin*com;guide;pd/_/iles;L).8+*pd/

Z[* 1c:ranag9an, 1* ”!ontrolling Jarmonics Locall] in !ommercial Facilities”,

9ttp;;MMM*ecmMeb*com;poMerûalit];electric_controlling_9armonics_locall];

ZG[ Balante si calitatea energiei J7I, 7neta J7I, :9eorg9e

ZH[ Iordac9e, 1*, !onecini, I* 8 !alitatea energiei electrice

Z)[ 'roducerea , transportul si distributia energiei electrice de <intan 1aria

Z))[ ?elemen, 7* 2i col* Electronică de putere, ED', Bucure2ti )HG

Z)+[ Ionescu, F* 2i col* Electronică de putere*!onvertoare statice* Ed*te9nică Bucure2ti)HH3

Z)[Bitoleanu, 7* !onvertoare statice 2i structuri de comandă per/ormante*Ed*Sitec9 !raiova +

22

http://www.electricalinstallation/

http://www.ecmweb.com/powerquality/electric_controlling_harmonics_locally/

http://void%280%29/

http://www.electricalinstallation/

http://www.ecmweb.com/powerquality/electric_controlling_harmonics_locally/

http://void%280%29/

Documents

Regimul Deformant in Sisteme Energetice