Program de calcul pentru determinarea circulației de puteri în rețele de distribuție de medie tensiune

Capitolul I

Necesitatea si eficienta compensarii puterii reactive

1.1. Compensarea puterii reactive

Reducerea circulaţiei de putere prin elementele unei reţele electrice constituie o măsură importantă pentru micşorarea pierderilor de energie. În literatură această problemă este cunoscută de regulă sub denumirea de compensarea puterii reactive, îmbunătăţirea factorului de putere şi legat de acestea optimizarea amplasării surselor de putere reactivă.

Necesitatea compensării puterii reactive rezidă din valoare relativ ridicată a consumului de putere reactivă, în medie 0.75 kvar/kW putere reactivă consumată şi 0.25 kvar/kW pentru aceea tranzitată. Dintre consumatorii de putere reactiva, o pondere mai însemnată o deţin motoarele asincrone şi transformatoarele electrice a căror funcţionare reclamă existenţa unor câmpuri magnetice. Astfel, din totalul puterii reactive cerute de receptoare, aproape 65% este absorbită de motoarele asincrone, 20% de transformatoarele electrice, 15% de linii, bobine de reactanţă, cuptoare electrice.

Analizând problema compensării puterii reactive, trebuie subliniat faptul că aceasta are două aspecte şi anume: compensarea în reţea şi la consumator. Deşi legate, cele două prezintă şi unele diferenţe. Oricum problemele de bază care se pun sunt în ambele cazuri aceleaşi: câtă putere reactivă compensăm, care sunt sursele de putere reactivă şi unde repartizăm aceste surse.

De regulă, în sistemele cu deficit de putere reactivă, montarea surselor de putere reactivă se face pentru reglarea nivelului de tensiune. Totuţi factorul de putere are influenţă directă asupra consumului propriu – tehnologic de putere şi energie ca şi asupra capacităţii de transport a reţelei. De aceea, chiar şi în cazul unor nivele corespunzătoare de tensiune poate apare raţională compensarea factorului de putere.

În conformitate cu actualele reglementări, consumatorii industriali trebuie să absoarbă energia de la sistem la un factor de putere neutral de 0.92. Energia reactivă consumată suplimentar la un factor de putere sub 0.92 se plăteşte cu un preţ variabil în funcţie de tensiunea la care se realizează consumul.

În preţul energiei electrice reactive se cuprinde şi cota de consum tehnologic de energie activă aferentă transportului de energie reactivă. În vederea realizării factorului de putere neutral, consumatorii îşi ameliorează factorul de putere pe cale naturală ( printr-o corectă alegere a tipului şi puterii motoarelor, evitarea funcţionării cu instalaţiile în gol, scăderea tensiunii la motoarele subîncărcate ş.a.) şi pe cale artificială (prin montarea de surse de putere reactivă).

Prin actuala prevedere care uniformizează pe întregul sistem energetic factorul de putere impus consumatorilor nu se obţine, în toate cazurile, o optimizare a regimului de funcţionare. Pentru consumatorii amplasaţi în imediata vecinătate a centralelor electrice ridicarea factorului de putere până la 0.92 poate conduce la circulaţii suplimentare de putere reactivă. Pe de altă parte, factorul de putere luat în considerare fiind o valoare medie lunară, el se realizează adesea prin creşterea factorului de putere în orele de gol de sarcină, ceea ce poate conduce, de asemenea, la creşterea pierderilor.

Calculele făcute pentru ansamblul reţelelor de 110-400 kV la nivelul anului 2002 considerând consumul la toate barele staţiilor de 110 kV corespunzător unui factor de putere 0.92 a condus la o pierdere cu 22 MW mai mare decât aceea în care s-a considerat un factor de putere optimizat pe zone (sau chiar pe staţii 110/MT). Reducerea s-a produs în special în reţelele de 110 kV(18 MW).

Este interesant de arătat că această reducere de pierderi s-a obţinut menţinând 27% din noduri la cos=0.81…0.91; 19% din noduri la cos =0.92; 8.5% cu cos=0.93…0.95 şi 45.5% din noduri cu cos=0.96…1.0. Calcule făcut pentru cos=0.95 acelaşi în toate nodurile, în vederea justificării creşterii factorului de putere neutral, a condus la concluzia că el nu poate fi aplicat, deoarece în multe zone ar fi condus la o creştere a tensiunii peste valoarea maximă admisibilă.

S-a ajuns astfel la concluzia că este necesar ca factorul de putere impus unui consumator să fie stabilit în funcţie de situaţia energetică a zonei în care este amplasat.

Instalarea de mijloace suplimentare de compensare şi reglaj în sistem va fi eficace, dacă cheltuielile aferente instalării şi exploatării acestora vor fi mai mici decât efectul economic obţinut în sistem.

CW+CQ+Cu+Cc-CK 0; (1)

Unde: CW -este efectul probabil obţinut prin reducerea piederilor de energie activă; CQ –este efectul obtinut prin reducerea pierderii aferente puterii reactive; Cu- este efectul obtinut prin ridicarea nivelului de tensiune; Cc- este efectul obtinut prin creşterea capacităţii de transport; CK- cheltuieli pentru instalarea şi exploatarea instalaţiilor de compensare şi reglaj.

Efectul economic obţinut prin reducerea pierderilor se poate obţine suficient de exact cu relaţia:

CQ=( P1 P1- P2 P2) ; (2)

unde: P1, P2 sunt pierderile de putere în reţea la sarcină activă maximă înainte şi după compensare [kW]; P1, P2- timpul de pierderi corespunzător [h]; - costul unui kWh de energie (aferent tensiunii reţelei analizate) [lei/kWh] .

Calculul se poate face şi cu o formulă simplificată, de evaluare:

CW=QKkemed Pmed ; (3)

în care QK este puterea reactivă instalată [kvar]; kemed- echivalent economic mediu al puterii reactive [kW/kvar]; Pmed- timpul mediu de pierderi[h].

Pentru determinarea valorii lui CW este necesar să se cunoască caracteristicile economice ale consumatorilor în funcţie de tensiune. Metodologia de determinare a acestor caracteristici este cunoscută dar, de regulă, astfel de caracteristici nu sunt ridicate şi deci determinarea acestui efect este dificilă. CQ şi CC se pot determina numai pe baza unei analize economice comparative a variantelor de dezvoltare a sistemului.