Poluarea armonică

1. SCURT ISTORIC AL FENOMENULUI DE POLUARE ARMONICA

Problemele legate de poluarea armonica reprezinta unul dintre aspectele importante în relatia furnizor de energie electrica - consumator, iar adoptarea unor masuri eficiente pentru asigurarea calitatii energiei electrice în prezenta surselor perturbatoare preocupa în mare masura specialistii din sectorul electroenergetic.

Dezvoltarea industriala, utilizarea larga a tehnologiilor moderne, tractiunea electrica, utilizarea reglajelor cu mutatoare au condus la o importanta crestere a numarului surselor perturbatoare, determinând o poluare din ce în ce mai intensa a retelei electrice.

Totusi, poluarea armonica nu este un fenomen nou, probleme legate de componentele armonice ale curbelor de tensiune si/sau de curent au aparut chiar de la începutul utilizarii industriale a energiei electrice.

Prima mentiune legata de utilizarea analizei armonice, ca modalitate de rezolvare a unei probleme practice de electrotehnica, este facuta în anul 1893. C.P. Steinmetz a identificat drept cauza a supraîncalzirii unui motor electric (montat la Hartford, S.U.A.) supratensiunea determinata de fenomene de rezonanta serie pe linia de alimentare, având o lungime de 16,3

km si functionând la 125 Hz. Problema era specifica pentru S.U.A., unde sistemele de transport al energiei electrice aveau frecvente de 125, 133 sau 140 Hz; sistemele europene, functionând la frecvente mult mai mici (fd 50 Hz), nu au fost confruntate cu asemenea evenimente.

A doua mentionare în literatura de specialitate a unor probleme legate de armonici apare la începutul secolului si face referire la valori ridicate ale curentului prin conductorul de nul, în cazul functionarii în paralel a generatoarelor având neutrul legat la pamânt; este vorba, desigur, despre însumarea armonicilor de rang multiplu de trei, în cazul sistemelor cu

conexiune în stea, fenomen bine cunoscut în prezent.

În anii 1930, odata cu introducerea tehnologiilor bazate pe descarcarea în arc (surse de lumina, cuptoare electrice, instalatii de sudare) a început generarea, pe scara larga, a curentilor armonici de catre receptoare sau alte echipamente existente în sistem. Transformatoarele, functionând în zona neliniara a caracteristicii de magnetizare, reprezentau, de asemenea, o importanta sursa de poluare armonica. Principala problema care a trebuit

rezolvata a reprezentat-o interferenta inductiva cu circuitele telefonice. Cuplajul inductiv, între retelele aeriene de transport si distributie a energiei electrice si circuitele telefonice montate pe aceiasi stâlpi, inducea tensiuni parazite suficient de mari, pentru a perturba traficul telefonic.

Dupa 1950, când distribuitorii au evidentiat impactul tehnico-financiar al factorului de putere prea scazut si au impus penalitati consumatorilor industriali, a devenit economica utilizarea bateriilor de condensatoare pentru compensarea circulatiei de putere reactiva.

Prezenta acestor condensatoare în sistemele de distributie a creat însa conditii pentru aparitia unor posibile fenomene de rezonanta, determinate de:

- existenta, în sistemele de distributie, a unei game largi de frecvente armonice (în special, 150 Hz.....550 Hz);

- introducerea unui numar relativ mare de baterii de condensatoare (de puteri diverse), în diferite noduri ale sistemelor electroenergetice;

- modificarea reactantei inductive prin modificari ale impedantei sistemului, introducerea de transformatoare sau bobine de limitare

Începând din anii 1960 - 1970, poluarea armonica a sistemelor de putere a crescut din cauza utilizarii largi a dispozitivelor electronice

semiconductoare. Ameliorarile tehnologice au permis cresterea performantelor si reducerea costurilor, astfel încât electronica de putere a patruns rapid si pe scara larga, atât în sectoarele industriale, cât si în cele casnice sau tertiare. Principalele avantaje ale noilor tehnologii si echipamente sunt: reducerea costurilor de productie (prin cresterea randamentelor si reducerea costurilor de mentenanta), reducerea gabaritelor, îmbunatatirea posibilitatilor de control etc.

În prezent, în industria moderna, circa 50% dintre receptoarele unui consummator industrial consta din convertoare de frecventa (pentru alimentarea actionarilor reglabile de tensiune alternativa sau continua), surse în comutatie (pentru alimentarea sistemelor de calcul sau a controlerelor de proces) si din balasturi electronice. Datorita caracteristicilor neliniare

ale acestor receptoare (care utilizeaza diode, tiristoare sau tranzistoare pentru conversiile tensiune alternativa - tensiune continua, tensiune continua - tensiune alternativa sau tensiune continua - tensiune continua), în sistemele de distributie industriale apar armonici de curent si de tensiune; acestea au în general efecte negative asupra altor receptoare si conduc la reducerea parametrilor energetici ai retelei electrice industriale.