Calitatea Energiei Electrice în Sisteme Electroenergetice

1. Generalitati.

Calitatea, conform definiţiei formulate de ISO (International Standard Organisation), reprezintă totalitatea caracteristicilor şi a particularităţilor unui produs sau serviciu, care concretizează aptitudinea de a răspunde la necesităţi potenţiale sau exprimate ale utilizatorului.

Energia electrică este considerată în prezent un produs, livrat de furnizor consumatorilor. Calitatea energiei electrice a preocupat specialiştii din sectorul electroenergetic încă din primii ani ai utilizării, pe scară largă, a curentului alternativ; in ultimul deceniu, se constată însă o revigorare a interesului pentru acest domeniu, datorită dezvoltării explozive a echipamentelor şi a tehnologiilor bazate pe electronica de putere. In prezent, calitatea energiei electrice constituie o preocupare majoră atât pentru furnizori, cât şi pentru consumatorii de energie electrică.

Notiuni [3]:

Compatibilitate electromagnetică: termenul este utilizat de CEI (Comission Electrotechnique Internationale) şi reprezintă “aptitudinea uni echipament sau sistem de a funcţiona satisfăcător în mediul său electromagnetic, fără a induce perturbaţii inacceptabile în orice alt echipament sau sistem existent in acel mediu”.

Calitatea tensiunii: Calitatea tensiunii se poate considera ideală în cazul în care în toate nodurile sistemului şi în orice moment, tensiunile pe fiecare din cele trei faze sunt funcţii pur sinusoidale în timp, cu valori efective constante şi egale cu cea nominală şi formează un sistem de secvenţă directă.

Calitatea curentului: este o definiţie complementară celei anterioare şi se referă la abaterile curentului faţă de forma ideală (o curbă sinusoidală de frecventă şi amplitudine constantă şi in fază cu tensiunea de alimentare); noţiunea se foloseşte pentru a descrie performanţele convertoarelor electronice.

Sistemul electroenergetic cuprinde urmatoarele procese [1]:

1. producerea

2. transportul

3. distributia

4. utilizarea

1) Producerea energiei electrice este asigurata de catre generatoarele. Forma curbei de tensiune la bornele generatoarelor se urmăreşte să fie practic sinusoidală; în practica se consideră că această tensiune este sinusoidală.

2) Sistemul de transport al energiei electrice cuprinde linii electrice şi staţii de transformare de sistem. Reţeaua de transport este supusă unor solicitări diferite electrice, mecanice, termice, chimice etc. care pot cauza scurtcircuite sau întreruperea alimentarii.

Scurtcircuitele trebuie eliminate:

• rapid, pentru evitarea deteriorării echipamentelor, ieşiri din sincronism a generatoarelor şi pierderea unor surse ale sistemului

• selectiv, pentru deconectarea părţii de reţea afectate

3) Distribuţia.

In general, reţeaua de distribuţie este conectată la reţeaua de transport în staţii de transformare coborâtoare. Cele mai multe dintre reţelele de distribuţie au o structură radiala. La apariţia unui defect pe unul dintre liniile radiale, toate instalaţiile, care sunt alimentate de pe aceasta linie, vor suporta un gol de tensiune. Protecţia reţelei va comanda deconectarea sursei, pe care a apărut defectul, iar consumatorii alimentaţi de aceasta sursa vor suporta o întrerupere de tensiune până la realimentarea prin AAR (anclanşarea automată a rezervei).

4) Utilizarea.

În numeroase cazuri practice, consumatorii sunt ei înşişi surse de emisii perturbatoare. Cele mai importante tipuri de consumatori, care determină perturbaţii sunt:

• consumatori care includ elemente neliniare şi absorb un curent nesinusoidal, ale cărui armonici, parcurgând impedanţele armonice ale reţelei de alimentare, conduc la tensiuni armonice pe bare;

• consumatori cu sarcini variabile, care produc fluctuaţii de tensiune pe barele de alimentare; acestea sunt de două tipuri:

- fluctuaţii puţin frecvente, ca de exemplu, pornirea unor motoare mari;

- fluctuaţii frecvente, modificări rapide, regulate sau aleatorii, care determină efect de flicker (ca de exemplu, in cazul cuptoarelor cu arc electric, aparatele de sudare prin puncte etc.).

• consumatori dezechilibraţi care absorb curenţi de amplitudine diferită pe cele trei faze

Cauzele care produc un dezechilibru într-o reţea electrică pot fi [4];

o dezechilibre trecătoare, care se datoresc influenţei defectelor asupra reţelei, care se pot produce între două sau mai multe conductoare, cu sau fără punere la pământ,

o dezechilibre permanente, provocate de unele cauze de natură constructivă sau de repartiţia neuniformă a consumului pe cele trei faze ale reţelei de alimentare, caracterizate prin apariţia unor componente de secvenţă inversă/homopolară a tensiunilor şi a curenţilor din reţeaua respectivă.

Din motive constructive, liniile electrice aeriene de înaltă tensiune sunt nesimetrice. La nivelul consumatorilor dezechilibrul poate fi provocat de receptoarele de construcţie nesimetrică.

În sistemele de distribuţie mixt (trifazat-monofazat), derivaţiile monofazate produc două tipuri de dezechilibru asupra reţelelor trifazate:

o un dezechilibru capacitiv, datorat lungimii totale diferite a fazelor, care se manifestă printr-un curent capacitiv rezidual de circulaţie permanentă prin circuitul de punere la pământ al neutrului transformatorului din staţia de alimentare,

o un dezechilibru de sarcină pe cele trei faze care, în cazul reţelelor fără conductor neutru, duce la apariţia componentelor inverse de tensiune şi curent.

Dezechilibrele menţionate pot fi ameliorate pe de o parte prin limitarea lungimii şi sarcinilor pe derivaţii şi prin repartizarea judicioasă a mai multor derivaţii pe faze. Efectul dezechilibrului este diminuat în reţele fără conductor neutru, fiindcă lipsesc elementele homopolare de tensiune şi curent.

1. Indicatori de calitate.

Prin indicator de calitate [4] se înţelege o caracteristică de apreciere cantitativă a proprietăţilor unui produs, care este analizat sub aspectul îndeplinirii cerinţelor privind elaborarea, exploatarea sau consumul.

În ceea ce priveşte energia electrică, scopul ideal urmărit de orice furnizor de energie electrică este de a pune permanent la dispoziţia consumatorilor o tensiune alternativă sinusoidală, de frecvenţă şi valoare efectivă menţinute între anumite limite fixate contractual, egale pe cele trei faze ale reţelei.

Sistemul de indicatori de calitate ai energiei electrice trebuie să permită măsurarea/estimarea nivelului de calitate într-un anumit punct al reţelei şi la un moment dat, precum şi compararea informaţiei obţinute cu nivelul considerat optim sau cel puţin tolerabil de majoritatea consumatorilor racordaţi la reţeaua electrică respectivă.

În majoritatea ţărilor, sistemul de indicatori ai calităţii energiei electrice este alcătuit din anumite caracteristici cantitative ale variaţiilor lente (abateri) sau rapide (fluctuaţii) ale valorii efective a tensiunii, forma şi simetria în sistemul trifazat, precum şi caracteristicile de variaţie lentă/rapidă ale frecvenţei.