Instalații Electrice

1.3. Condiţiile de calitate în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor

Pentru buna funcţionare a receptoarelor, alimentarea cu energie electrică trebuie să îndeplinească o serie de condiţii referitoare la frecvenţă, tensiune, putere şi continuitate. Prezentarea detaliată a acestor condiţii se sistematizează în cele ce urmează.

a) Frecvenţa constantă a tensiunii de alimentare constituie un deziderat major, atât pentru buna funcţionare a receptoarelor, menţinerea preciziei aparatelor de măsură, cât şi pentru maşinile de lucru antrenate prin motoare de curent alternativ. Variaţiile frecvenţei pot fi cauzate de variaţii importante de sarcină sau de avarii grave în sistem, originea unor asemenea cauze putând fi şi consumatorii de energie electrică.

Menţinerea constantă a frecvenţei industriale (50 Hz) este o problemă la nivel de sistem energetic, fiind legată de puterea în rezervă din centralele electrice ale sistemului şi de operativitatea dispeceratului. În anumite situaţii, când posibilităţile de producere a energiei electrice în centrale sunt limitate, se decide întreruperea alimentării unor consumatori (sacrificarea distribuitorilor), în scopul menţinerii frecvenţei în sistem.

Abaterile maxim admise ale frecvenţei sunt de 0,5 Hz (1%).

b) Tensiunea constantă, ca valoare şi formă, constituie o primă condiţie, pentru orice tip de receptoare.

Este recomandabil ca tensiunea la bornele receptoarelor să fie constantă şi egală cu cea nominală sau variaţiile posibile să se încadreze în limitele precizate pentru fiecare receptor în parte. În exploatarea instalaţiilor electrice apar variaţii de tensiune, cauzate de consumator, datorită variaţiilor de sarcină sau scurtcircuitelor. Variaţiile periodice pot fi lente, cauzate de modificarea în timp a încărcării receptoarelor, sau rapide, denumite şi fluctuaţii, cauzate de modificări rapide ale sarcinii (de exemplu cuptoare cu arc, utilaje de sudare, laminoare, compresoare, maşini cu cuplu pulsatoriu ş.a), inclusiv cele datorate conectărilor - deconectărilor de receptoare.

O diminuare cu caracter permanent a valorii tensiunii poate fi consecinţa subdimensionării secţiunii conductoarelor, situaţie cu urmări negative ca: distrugerea izolaţiei electrice, nefuncţionarea echipamentului şi suprasolicitarea termică a receptoarelor şi conductelor.

Tensiunile de alimentare mai mari decât cele nominale determină funcţionarea în suprasarcină a unor receptoare de forţă şi reducerea duratei de viaţă a receptoarelor de iluminat. Scăderea tensiunii sub valoarea nominală atrage după sine solicitarea termică (la motoarele electrice), funcţionarea la parametri inferiori (la cuptoarele electrice) sau chiar nefuncţionarea unor receptoare sau instalaţii (desprinderea electromagneţilor, a motoarelor asincrone s.a).

Ca variaţii unilaterale ale tensiunii se menţionează golurile de tensiune şi supratensiunile de scurtă durată. Se foloseşte denumirea de gol de tensiune pentru orice scădere a valorii efective a tensiunii unei reţele electrice, cu o amplitudine cuprinsă în domeniul (0,2÷0,9)Un şi o durată de cel mult 3 s.

Dintre receptoarele şi instalaţiile sensibile la goluri de tensiune fac parte următoarele:

- motoarele şi compensatoarele sincrone;

- motoarele asincrone (în funcţie de caracteristica cuplului rezistent);

- echipamentele electronice, inclusiv redresoarele comandate;

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

- automatica, protecţia, blocajele şi reglajele din circuitele tehnologice.

Problema formei tensiunii se pune atât în cazul receptoarelor alimentate de curent continuu, cât şi în cazul celor alimentate în curent alternativ.

Tensiunea continuă la bornele receptoarelor de curent continuu poate avea o serie de armonici, mai ales dacă sursa de tensiune este un redresor semicomandat sau comandat. Conţinutul de armonici este limitat în funcţie de efectele acestora asupra receptoarelor, prin precizarea coeficientului de distorsiune admis.

Abaterea de la forma sinusoidală a undei de tensiune determină funcţionarea receptoarelor de curent alternativ în regim deformant. În timp ce la unele receptoare, cum sunt cuptoarele cu inducţie, prezenţa armonicilor în unda de tensiune nu deranjează, la altele - printre care şi motoarele electrice - prezenţa armonicilor de tensiune trebuie limitată tot prin precizarea coeficientului de distorsiune admis.

Coeficientul de distorsiune δU al undei de tensiune se defineşte ca raportul dintre valoarea efectivă a reziduului deformant Udef şi tensiunea nominală Un:

, (1.1)

în care reziduul deformant are expresia

(1.2)

unde Ui este valoarea efectivă a armonicii i.

Coeficientul de distorsiune total, rezultat din funcţionarea receptoarelor consumatorului şi din condiţiile din sistemul electroenergetic trebuie să se încadreze în domeniul definit de inegalitatea:

, (1.3)

pentru reţelele de joasă şi de medie tensiune.

Cauzele distorsiunii undei sinusoidale de tensiune se găsesc în cea mai mare parte la consumator. În timp ce o serie de echipamente, cum sunt bobinele cu miez feromagnetic, receptoarele cu arc electric şi mutatoarele reprezintă surse de armonici de tensiune şi curent, elementele reactive de circuit ca bobinele şi condensatoarele constituie amplificatoare de armonici de tensiune, respectiv de curent. În cadrul instalaţiilor electrice la consumator, trebuie luate măsuri pentru reducerea efectelor deformante şi a influenţei asupra reţelei de alimentare.

c) Simetria tensiunilor este condiţia în baza căreia sistemului tensiunilor de fază trebuie să-i corespundă trei fazori egali şi defazaţi cu 120o.

Cauzele nesimetriei sunt pe de o parte instalaţiile de producere şi transport, independente de consumator, iar pe de altă parte sarcinile dezechilibrate ale consumatorilor.

Nesimetria unui sistem trifazat de tensiuni sau curenţi se studiază prin metoda componentelor simetrice, când se determină:

- componentele de succesiune directă sau pozitivă;

- componentele de succesiune inversă sau negativă;

- componentele de succesiune omopolară sau zero.

Ultimele două tipuri de componente sunt cauzele unor cupluri de frânare, respectiv încălzire şi vibraţii la motoarele de curent alternativ.

Ca mărimi caracteristice (indicatori) pentru regimul nesimetric sunt definite şi utilizate următoarele mărimi relative, cel mai adesea în exprimare procentuală:

- coeficientul de disimetrie, denumit şi factor de nesimetrie negativă (notaţie propusă - ), este definit prin raportul procentual dintre componenta de succesiune inversă (negativă) Yi şi cea de succesiune directă (pozitivă) Yd :

(1.4)

s-au notat cu Y mărimile fizice, acestea putând fi atât tensiuni, cât şi curenţi;

- coeficientul de asimetrie, denumit şi factor de nesimetrie zero (notaţie propusă - ), se defineşte prin raportul dintre componenta omopolară (de succesiune zero) Yh şi cea de succesiune directă (pozitivă), raport exprimat în procente:

; (1.5)

- coeficientul de succesiune inversă, determinat prin raportarea valorii efective a componentei de succesiune inversă (negativă) la valoarea nominală, care, pentru tensiuni, conduce la expresia în procente

(1.6)

în care Ui reprezintă valoarea efectivă a tensiunii de succesiune inversă, pentru frecvenţa fundamentală a sistemului trifazat de tensiuni, iar Un - tensiunea nominală, corespunzătoare sistemului de tensiuni, pentru care s-a determinat Ui;

- coeficientul de succesiune omopolară, care se obţine prin raportarea valorii efective a componentei omopolare (de succesiune zero) la valoarea nominală, conform relaţiei scrisă direct pentru tensiunile de fază

(1.7)

având în vedere faptul că sistemul tensiunilor de linie nu are componentă omopolară.

În România, valorile limită, maxime, ale coeficienţilor de succesiune negativă (disimetrie), pentru sistemele de tensiuni, sunt după cum urmează:

2% - pentru reţelele de JT şi MT, precum şi în nodul de racord al unei substaţii de tracţiune electrică;

1% - pentru reţele de IT.