Regimul deformant in unitatile industriale

Regimul deformant in unitatile industriale

Regimul deformant consta in deformarea undelor de curent si de tensiune fata de forma lor sinusoidala datorita absorbtiei de catre anumiti consumatori sau elemente de retea, a unor curenti avand unde sinusoidale de frecvente reprezentand multipli intregi ai frecventei industriale si care se suprapun peste unda fundamentala de frecventa industriala.

Cauzele aparitiei undelor sinusoidale suplimentare de curent si de tensiune, numite armonice de ordin superior sunt neliniaritatile anumitor parametri electrici ai unor elemente ale retelei electrice si ale impedantelor unor receptoare electrice.

Elementele sistemului electroenergetic care determina aparitia armonicelor de ordin superior sunt numite surse de armonice ale sistemului.

Sursele de armonice pot fi grupate in:

• Surse interne, reprezentate prin neliniaritatile parametrilor electrici ai unor elemente de retea, ca de exemplu: efectul corona, in cazul liniilor electrice de inalta tensiune si saturatia circuitelor magnetice ale transformatoarelor si masinilor electrice.
• Surse externe, reprezentate prin neliniaritatile impedantelor unor receptoare sau ale unor consumatori electrici, ca de exemplu: ateliere de sudura electrica, transportul electrificat, cuptoarele de inductie cu canal, cuptoarele de electroliza cuprului, calculatoarele electronice, lampile fluorescente etc.

În practica sunt luate in considerare pana la 40 de armonice (armonica de rang 40 are frecventa de 2 kHz).

Prezenta armonicelor de curent si de tensiune in retelele electrice si in instalatii determina cresterea valorilor efective ale curentului si tensiunii, conform relatiilor:

, (3.13)

respectiv:

, (3.14)

in care, marimile si poarta numele de reziduu deformant.

Armonicele de tensiune apar ca o consecinta a generarii de armonice de curent de catre sursele de armonice de tip intern si extern din cadrul sistemului electroenergetic. Armonicele de curent generate de aceste surse prin absorbtia unor curenti sinusoidali de frecvente superioare frecventei industriale produc in reteaua electrica caderi de tensiune ce dau nastere armonicelor de tensiune, care prin suprapunerea peste unda de tensiune fundamentala, o deformeaza.

Prin deformarea undei de tensiune fata de forma sa initiala, perfect sinusoidala, consumatorii sunt alimentati la borne cu o tensiune distorsionata. Calitatea undei de tensiune este, astfel, compromisa.

Pentru a nu fi afectata calitatea undei de tensiune cu care sunt alimentati consumatorii, pentru undele de tensiune deformate se defineste "factorul de distorsiune", , ca raport intre reziduul deformant al tensiunii si valoarea efectiva a tensiunii:

, (3.15)

iar normativele impun ca: (conform normativului EN 50160), pentru mentinerea calitatii tensiunii la bornele consumatorilor.

1. Efectele armonicelor de curent si de tensiune

Armonicele de curent circula prin elementele retelei pe care le incarca suplimentar limitand capacitatea de transport a acestora. Totodata are loc si o crestere a pierderilor de putere si energie electrica, mai ales datorita efectului pelicular. Apare, astfel, o crestere a rezistentei elementelor de retea cu frecventa.

Armonicele de curent produc cupluri inverse in aparatele de masura si in masinile electrice, dar si incalziri suplimentare care conduc la imbatranirea mai rapida a izolatiilor.

Prezenta armonicelor de tensiune face posibila aparitia unor supratensiuni de rezonanta pe anumite frecvente, care pot produce distrugeri de izolatii.

2. Masuri de limitare a regimului deformant. Filtre de armonice.

Pentru limitarea circulatiei curentilor armonici se utilizeaza instalatii specializate in reducerea sau chiar eliminarea acestora. Cele mai eficiente astfel de instalatii sunt filtrele de armonice.

Filtrele de armonice sunt formate din baterii de condensatoare montate in serie cu bobine de reactanta si aduse la rezonanta pe frecventele anumitor armonice. Un filtru acordat pe frecventa unei armonice constituie un scurtcircuit trifazat cu pamant pentru curentul armonic respectiv, in punctul in care filtrul este montat. Deoarece filtrul realizeaza in acel punct un potential nul, el anuleaza si armonica de tensiune corespunzatoare.

Filtrele de armonice se monteaza in paralel cu consumatorul deformant, ca in figura 3.10.

Fig.3.10. Limitarea regimului deformant prin montarea unui filtru de armonice:

a)     montarea filtrului in paralel cu consumatorul deformant;

b)     schema electrica echivalenta.

La rezonanta avem:  (3.16)

sau (3.17)

unde : - este pulsatia undei de curent de frecventa a fundamentalei.

În practica, intereseaza cum se comporta un filtru acordat pe armonica de rang fata de o alta armonica, de rang . Fata de armonica de rang m, un filtru rezonant pe armonica de rang va avea:

(3.18)

adica: (3.19)

Exprimand capacitatea filtrului sub forma: si inlocuind in relatia (3.19), rezulta:

(3.20)

Din analiza expresiei (3.20) se constata ca:

• daca , adica pentru armonice de frecvente mai mici decat cea pentru care a fost acordat, filtrul se comporta ca un condensator (caracter capacitiv).

Daca , adica pentru armonice de frecvente mai mari decat cea pentru care a fost acordat, filtrul se comporta ca o bobina (caracter inductiv).

Din analiza rezultatelor care se obtin explicitand expresia (3.20) se evidentiaza urmatoarele concluzii:

- orice filtru rezonant pe o anumita frecventa va amplifica armonicele de frecvente mai mici si va absorbi, partial, armonicele de frecvente mai mari.

- deoarece fundamentala, avand rangul , are frecventa cea mai mica, orice filtru se va comporta fata de fundamentala ca un condensator (va produce putere reactiva inductiva).

- la montarea oricarui filtru intr-un nod, trebuie facuta o corelare a capacitatii sale de a debita putere reactiva cu celelalte masuri de compensare a puterii reactive, luate in nodul respectiv.

2.2. Tipuri de filtre de armonice

Exista, in prezent, trei tipuri de filtre de armonice:

• Filtre pasive;
• Filtre active;
• Filtre mixte.

a)     Filtre pasive sunt cele mai raspandite. Ele sunt realizate din bobine si condensatoare montate in serie si dupa principiul de functionare se impart in:

Filtre refulante;

Filtre absorbante.

- Filtre refulante - se folosesc la consumatorii conectati la nivelul de medie tensiune sau la

joasa tensiune, care au, deja, montata o baterie de condensatoare pentru compensarea circulatiei de putere reactiva. Se realizeaza prin legarea in serie cu baterie de condensatoare utiliuata pentru compensare, a unei bobine fara miez de fier, dimensionata astfel incat reactanta totala sa aiba caracter capacitiv pentru frecventa fundamentala si caracter inductiv pentru frecventele armonicelor.

- Filtre absorbante - au impedanta foarte mica (practic, nula) fata de o anumita armonica de

curent pe care o scurtcircuiteaza. Sunt realizate din bobine si condensatoare legate in serie si montate in paralel cu consumatorul deformant. Pentru fiecare armonica ce trebuie eliminata se monteaza cate un filtru acordat pe frecventa respectiva. Ele se folosesc atunci cand se cunosc suficient de precis curentii armonici (frecventele acestora) si se monteaza independent de bateria de condensatoare de compensare si in paralel cu ea.

b)     Filtre active - realizeaza filtrarea armonicelor in timp, nu in frecventa. Functionarea lor se bazeaza pe injectarea in retea a unor unde armonice de curent sau de tensiune de valoare egala, dar de semn contrar celor existente. Amplasarea lor se face in serie sau in paralel cu sursa de perturbatii armonice fie langa consumatori, fie la furnizorul de energie electrica.

c)     Filtre mixte - se realizeaza prin asocierea filtrelor active cu filtre pasive de tip absorbant.