armonici-filtre

7/22/2019 Armonici-Filtre

1/68

1

Universitatea din Piteti Anul universitar 2013-2014Facultatea de Electronic Comunicaii i CalculatoareSpecializarea Sisteme de conversia a energiei

CALITATEA ENERGIEI

ARMONICI - FILTRE

Masterand: Titular de lucrare:prof.ing. Leonard Cristian DOBRESCU Sef lucrari Mariana IORGULESCU


2/68

2

CUPRINS

1. SURSE DE PERTURBAII 5

1.1.SURSE DE PERTURBAII DE JOAS FRECVEN--------------------------------------------------- 51.1.1. Perturbaii permanente (ntreinute, continue) prin conducie la joas frecven 6

1.1.1.1. Flickerul -------------------------------------------------------------------------------------- 61.1.1.2. Variaiide frecvenale reeleielectrice ---------------------------------------------- 61.1.1.3. Armonice ------------------------------------------------------------------------------------- 7

1.1.1.4. Interarmonice ------------------------------------------------------------------------------- 81.1.2. Perturbaii tranzitorii prin conducie la joas frecven--------------------------------- 91.1.2.1. Fluctuaiide tensiune ---------------------------------------------------------------------- 91.1.2.2. Goluri de tensiune -------------------------------------------------------------------------- 91.1.2.3. Supratensiuni lente ---------------------------------------------------------------------- 101.1.2.4. Supratensiuni sinusoidale amortizate ------------------------------------------------ 111.1.2.5. Trsnetul----------------------------------------------------------------------------------- 111.1.2.6. Cureniitranzitorii ------------------------------------------------------------------------ 12

1.1.3. Perturbaii permanente (ntreinute, continue) prin radiaiede joas frecven- 121.1.3.1. Cmpul de dispersie al transformatoarelor --------------------------------------- 121.1.3.2. Cuptoarele de inducie------------------------------------------------------------------ 131.1.3.3. Radiaiileliniilor aeriene de transport a energiei electrice ---------------------- 13

1.1.3.4. Curenii de scurgere (de fug) la pmnt------------------------------------------ 141.1.4. Perturbaii tranzitorii prin radiaie de joas frecven-------------------------------- 141.1.4.1. Scurtcircuite ------------------------------------------------------------------------------- 141.1.4.2. Conectarea (anclanarea)liniilor electrice aeriene denalttensiune -------- 151.1.4.3. Flash electronic produs de aparate foto --------------------------------------------- 151.1.4.4. Trsnetul----------------------------------------------------------------------------------- 15

1.2.PERTURBAIIDENALTFRECVEN------------------------------------------------------------- 151.2.1. Perturbaii permanente (ntreinute) de nalt frecven, prin conductive-------- 16

1.2.1.1. Zgomotulde comutaieal motoarelor cu colector------------------------------- 161.2.1.2. Convertizoarele statice ----------------------------------------------------------------- 16

1.2.2. Perturbaii tranzitorii de nalt frecven, prin conducie----------------------------- 161.2.2.1. Deconectarea bobinelor ---------------------------------------------------------------- 17

1.2.2.2. Descrcrileelectrostatice ------------------------------------------------------------ 171.2.3. Perturbaiipermanente (ntreinute), de nalt frecven,prin radiaie------------ 19

1.2.3.1. Mainilede tip ISM ----------------------------------------------------------------------- 191.2.3.2. Emitoarelede comunicaii----------------------------------------------------------- 20

1.2.4. Perturbaii tranzitorii de nalt frecven, prin radiaie-------------------------------- 201.2.4.1. Descrcrileelectrostatice ------------------------------------------------------------- 201.2.4.2. Arcurile electrice -------------------------------------------------------------------------- 201.2.4.3. Impulsul electromagnetic nuclear (NEMP) ----------------------------------------- 21

2. METODE I MIJLOACE ANTIPERTURBATIVE LA CUPLAJELE PRIN CONDUCIE22

2.1.GENERALITI---------------------------------------------------------------------------------------- 222.2.FILTRE ------------------------------------------------------------------------------------------------- 22

2.2.1. Structura filtrelor CEM ----------------------------------------------------------------------- 222.2.2. Frecvena de rezonan a filtrelor--------------------------------------------------------- 252.2.3. Dielectrici i materiale magnetice cu pierderi------------------------------------------- 26

2.2.3.1. Dielectrici cu pierderi -------------------------------------------------------------------- 262.2.3.2. Materiale feroi feromagnetice cu pierderi------------------------------------- 28

2.3.TIPURI DE FILTRE------------------------------------------------------------------------------------- 292.3.1. Filtru trece-jos ---------------------------------------------------------------------------------- 292.3.2. Filtru trece-sus --------------------------------------------------------------------------------- 29

2.3.2.1. Filtru trece-band------------------------------------------------------------------------ 302.3.2.2. Filtru taie-band-------------------------------------------------------------------------- 30

2.3.3. Filtre de armonice n electroenergetic-------------------------------------------------- 302.3.3.1. Msuri pentru limitarea regimului deformant -------------------------------------- 312.3.3.2. Filtre de intrare ---------------------------------------------------------------------------- 32

2.3.3.2.1. Reducerea armonicilor de curent prin introducerea reactanelorde linie


3/68

3

------------------------------------------------------------------------------------------------------- 322.3.4. Tipuri de filtre de armonice------------------------------------------------------------------ 36

2.3.4.1. Filtre pasive ------------------------------------------------------------------------------- 362.3.4.2. Filtre active -------------------------------------------------------------------------------- 372.3.4.3.Filtre mixte sau hibride ------------------------------------------------------------------ 39

2.3.5. Limitatoare de supratensiuni --------------------------------------------------------------- 392.3.5.1. Diode n avalan----------------------------------------------------------------------- 402.3.5.2. Varistoare ---------------------------------------------------------------------------------- 40

2.3.5.3. Eclatoare ----------------------------------------------------------------------------------- 412.3.5.4. Scheme hibride --------------------------------------------------------------------------- 432.3.6. Simetrizoare i rejecia de mod comun-------------------------------------------------- 432.3.7. Izolarea galvanic----------------------------------------------------------------------------- 44

2.3.7.1. Transformatoare de separare --------------------------------------------------------- 442.3.7.2. Transformatoare de izolare ------------------------------------------------------------ 44

2.3.7.2.1. Filtrele passive ---------------------------------------------------------------------- 452.3.7.2.2. Elemente de baz------------------------------------------------------------------ 462.3.7.2.3. Compensarea puterii reactive---------------------------------------------------- 492.3.7.2.4. Instalaii combinate pentru compensare i filtrare --------------------------- 492.3.7.2.5. Experiene simple ------------------------------------------------------------------ 51

2.3.7.3. Optocuploare i cabluri din fibr optic--------------------------------------------- 56

3. CALCULUL BATERIILOR DE CONDENSATOARE. 58

3.1.METODELE DE CONCEPERE ALE FILTRULUI ARMONIC-------------------------------------- 583.2.SELECTAREA FRECVENEI PENTRU ACORDAREA FILTRULUI------------------------------- 583.3.CALCULUL DE DIMENSIONARE A BOBINEI DE COMPENSARE A FILTRULUI---------------- 603.4.EVALUAREA COMPORTAMENTULUI FILTRULUI LA FUNCIONAREA N SARCINNOMINAL -------------------------------------------------------------------------------------------------- 61

3.4.1. Calculul comportamentului n cazul funcionrii n regim armonic-------------- 623.4.2. Evaluarea comportamentului n cazul funcionrii n regim maxim---------- 633.4.3. Evaluarea bateriei de condensatoare comparnd cu valori standardizate- 63

3.5.EVALUAREA COMPORTAMENTULUI FILTRULUI LA FRECVENA ARMONIC--------------- 64

FIGURI

Figura 1. 1Clasificarea surselor de interferene electromagnetice dup spectrul defrecvene. ............................................................................................................................ 5Figura 1. 2 Exemplu devariaie a tensiuniin cazul unui flicker. .......................................... 6Figura 1. 3 Curenii armonici de rang 3 n cele trei faze ale sistemului trifazat. ..................... 8Figura 1. 4 Forme reale i idealizate ale unor goluri de tensiune ....................................... 10Figura 1. 5 Supratensiuni la anclanarea unei baterii de condensatoare n reea. ............. 10Figura 1. 6 Supratensiune produsde topirea fuzibilului, tip fir, a unei sigurane fuzibile. .... 11Figura 1. 7 Unda sinusoidalamortizat........................................................................... 11Figura 1. 8 Unda de tensiune normalizatcare se utilizeazpentru studiul fenomenului de

trsnet. .............................................................................................................................. 11Figura 1. 9 Reducerea cmpului de dispersie la un transformator de alimentare .............. 13Figura 1. 10 Repartiia celor trei faze pentru cabluri de forunipolare, n cazul ................. 14Figura 1. 11 Evacuarea curentului de mod comun lCM, la asiu (mas)............................ 16

Figura 1. 12 Schema echivalent - bobincomandatprintr-uncontactor uscat. ............... 17Figura 1. 13 Variaia tensiunii n cazul unei salve de impulsuri produse la deschidereacontactelor unui contactor.................................................................................................. 17Figura 1. 14 Schema electricechivalent a unui corp uman ncrcat electrostatic i valoritipice pentru momentul descrcrii electrostatice .............................................................. 19Figura 1. 15 Unda de current de descrcare ..................................................................... 19Figura 1. 16 Clasificarea emitoarelor de comunicaii (LORAN=LOng Range Navigation).

......................................................................................................................................... 20

Figura 2. 1 Pierderea de inserie i funcia de transfer a unui filtru.................................... 23


4/68

4

Figura 2. 2 Scheme de filtre elementare i atenurile reale corespunztoare ................... 24Figura 2. 3 Montarea filtrului ntr-un circuit cu impedan mic......................................... 24Figura 2. 4. Montarea filtrului ntr-un circuit cu impedan mare........................................ 24Figura 2. 5 Filtru aval si amonte ........................................................................................ 25Figura 2. 6 Cazul unui filtru reciproc, dar ireversibil. .......................................................... 25Figura 2.7 Efecte de rezonanta ......................................................................................... 26Figura 2. 8 Schema echivalent a unui condensator cu pierderi. ...................................... 27Figura 2. 9 Schema electric echivalent a unei bobine cu pierderi.................................. 28

Figura 2. 10 Modul de legare n serie la un cablu coaxial a unui filtru trece-sus ................ 29Figura 2. 11 Modul de definire a factorului de form al unui filtru trece-band................... 30Figura 2. 12. Montarea unui filtru de armonice pentru limitarea curentului deformant: ....... 31Figura 2. 13 Modul de realizare a unui filtru refulant ......................................................... 36Figura 2. 14 Filtre absorbante ........................................................................................... 37Figura 2. 15 Filtre absorbante pentru eliminarea simultan a dou sau trei armonice....... 37Figura 2. 16 Filtru de armonici activ ................................................................................... 38Figura 2. 17 Limitarea supratensiunilor cu ajutorul unui divizor de tensiune ...................... 39Figura 2. 18 Comportarea unei diode n avalan la impulsuri de supratensiuni............... 40Figura 2. 19 Schema electric echivalent simplificat a unui varistor.............................. 41Figura 2. 20 Varistor limitare impulsurile de supratensiuni rapide, respectiv lente. ........... 41Figura 2. 21 Caracteristica de tensiune la funcionarea eclatorului.................................... 42

Figura 2. 22 Comportarea unui eclator la impulsuri de supratensiuni ................................ 42Figura 2. 23 Conectarea n serie cu un eclator a unui varistor .......................................... 43Figura 2. 24 Conectarea n paralel a unui eclator hard cu un varistor soft..................... 43Figura 2. 25 Protecia n cascad, la supratensiuni. .......................................................... 43Figura 2. 26 Rejecia de mod comun................................................................................ 43Figura 2. 27 Separarea galvanic ..................................................................................... 44Figura 2. 28. Ecran montat ntre nfurrile transformatorului de separare i pus lapmnt.............................................................................................................................. 44Figura 2. 29Transformator de izolare triunghi-stea ........................................................ 45Figura 2. 30Filtru de armonici pasiv tipparalel ........................................................... 45Figura 2. 31Filtre pasive serie i paralel ........................................................................... 45Figura 2. 32Apariia armonicilor la receptor ipropagarea lor n sens invers, spre sursa

dealimentare .................................................................................................................... 47Figura 2. 33 Puterea reactivpe fundamental Figura 2. 34 Puterea pe armonici......................................................................................................................................... 51

Figura 2. 35 Tensiunea i curentul electric la o lampcu incandescende 200 W............ 53Figura 2. 36Combinaie de circuite de filtre ...................................................................... 55Figura 2. 37 Circuit refulant contra pierderiisemnalului audio .......................................... 56Figura 2. 38 Modul de funcionare a unui optocuplor........................................................ 57Figura 2. 39 Transmisie prin fibr optic ........................................................................... 57

Figura 3. 1. Exemplu de configuraie filtru pentru joastensiune ....................................... 59

TABELE

Tabel 1 ............................................................................................................................. 33Tabel 2Efectul reactanei de linie asupra armonicilor ........................................................ 34Tabel 3 ............................................................................................................................. 64


5/68

5

1. SURSE DE PERTURBAII

Sursele de perturbaii (surse de interferene electromagnetice) se gsesc n totspectrul electromagnetic i pot fi de origine natural (cosmos, atmosfer, zgomot termicetc.) sau create de om (man made).Existmai multe moduri de clasificare a surselor de perturbaii.Electronitiiprefer clasificareasurselor de perturbaiidup spectrul de frecven, astfel: surse de bandngust;

surse de bandlarg.n Figura 1. 1Clasificarea surselor de interferene electromagnetice dup spectrul defrecvene. se prezint, schematic, clasificarea surselor de perturbaii dup spectrul defrecvene.

Figura 1. 1Clasificarea surselor de interferene electromagnetice dup spectrul defrecvene.Inginerii de curenitari clasificsursele de perturbaii electromagnetice duptrei criterii pecare le combinntre ele, adic:

dupnivelul de frecven: Perturbaii de joasfrecven;

Perturbaii de naltfrecven.

dupsuportul de propagare Perturbaii conduse; Perturbaii radiante.

dupdurat(natura temporal): Perturbaii permanente; Perturbaii tranzitorii.

Combinarea celor trei criterii permite o mai bun cunoatere a msurilorantiperurbative care trebuie adoptate.

1.1. Surse de perturbaii de joas frecven

Prin perturbaii de joasfrecvense nelegtoate tipurile de paraziia cror gamde frecveneste inferioarla 1 MHz. Frecvenade 1 MHz nu este o limit absolut,ci esteo limitconvenionalsub care fenomenele electrice se comportntr-un mod suficient deintuitiv, ele putnd sfie analizate pornindu-se de la scheme electrice echivalente simple icunoscute, formate dinrezistene, inductivitiproprii imutuale icapaciti.Limita de 1 MHz se justificprin faptul cpnla aceastfrecvencuplajeleprin radiaiesunt ncfoarte slabe, izolaiile se comportncfoarte bine, lungimea cablurilor de masnu se apropie de valoarea critic i echipotenialitatea de poziie reprezint obiectivulfundamental spre care se tinde. De asemenea, pentru conductoarele de lungime obinuit,

curentul care le strbatepoate fi considerat constant.Peste limita de 1 MHz totul se complic n mod progresiv. Conductoarele devin anteneeficace, cmpurile devin puternic perturbatoare, cablurile ncep s intren rezonan,


6/68

6

etc.Pentru conductoarele cu lungimi de cteva sute de metri trebuie s se reduc limitaconvenionala frecvenei joase. Spre exemplu, pentru un conductor culungimea de 100 m,limita pnla care se considerjoasa frecveneste de 100 kHz deoarece peste aceastvaloare, conversia mod comun/ mod normalnu mai are sens fizic.

1.1.1. Perturbaii permanente (ntreinute, continue) prin conducie lajoas frecven

Prin definiieo perturbaiela joasfrecvenare o duratlung(decteva zeci demicrosecunde). Caracteristic pentru o perturbaiedejoasfrecveneste faptul ceapoatefi msuratcu mijloaceconvenionale. ntr-adevrse msoaruoro diferende potenialsauun curent de joasfrecvencare are o abatere de cca. 0,2 %.

Prin perturbaii ntreinute se nelege ansamblul de parazii a crui duratdepete1 secund, spre deosebire de fenomenele tranzitorii,sub formde impuls, carese manifestntr-un interval de timp foartescurt icu pauze relativ lungi ntre douapariiisuccesive. Toate perturbaiilentreinuteprin conduciela joasfrecvenafecteazreeauade alimentare cu energie electriciechipamenteleelectronice dejoastensiune.Cteva perturbaii ntreinute, prin conducie, la joas tensiune, vor fi prezentate ncontinuare:

1.1.1.1. Flickerul

Acesta este un fenomen de scdere uoar, dar frecvent, a tensiunii reelelorelectrice de alimentare a unor consumatori datorit unor scurtcircuite (tieri rapide) alecurentului provocate de funcionareanormalsau n avarie a altor consumatori nvecinai.

n industrie, sursele fenomenului deflicker sunt, n general, pornirile marilormotoare electrice, pornirea cuptoarelorelectrice cu rezistoare i cuptoarelor deinducie, funcionarea cuptoarelor cu arcelectric n faza de topire, sudarea cu arcelectric, funcionarea laminoarelor, a

pompelor icompresoarelor cu piston etc.nFigura 1. 2 Exemplu devariaie a

tensiuniin cazul unui flicker. este prezentatvariaia tensiunii reelei de joas tensiunencazul unui flicker. Flickerul poate fi ialeator,dar n general este periodic.Efectele fenomenului de flicker asupra receptoarelor sunturmtoarele:Variaiavizibila fluxului luminos emis de lmpilede iluminat, fenomen ce se produce, nspecial, n domeniul frecvenelor de 1 20 Hz i care determin o senzaie de jenfiziologica ochiulu omenesc care conduce la oboseal, scderea randamentului muncii,cretereariscului de eroare n procesele productive, etc.);

Deformarea imaginii la televizoare; Deranjamenten funcionareaechipamentelor electronice.

n studiile i proiectele care vizeaz racordarea ntr-un nod al reelei electrice a unorreceptoare perturbatoare (generatoare de flicker) trebuie s se determine probabilitateaapariieifenomenului de flicker isse prevadmsuriimijloace tehnice pentru eliminareasau limitarea acestui fenomen, astfel nct s nu afecteze buna funcionare a celorlaltereceptoare (consumatori) racordate n acel nod sau n nodurile vecine.

1.1.1.2. Variaiide frecvenale reeleielectrice

Originea acestui fenomen esteproducerea energiei electrice de ctre ungrup electrogen

a crui frecvende antrenare (datde viteza de rotaie amainii primare) nu este perfectconstant. Cele mai multe cazuri le reprezintgrupurile electrogene ale cror sarcinestevariabil.Motoarele diesel obinuite, care antreneazgrupurile electrogene, suntmai puin

Figura 1. 2 Exemplu devariaie a tensiuniincazul unui flicker.


7/68

7

stabile n frecvenca turbinele cu gaz sau cu abur.Normativele prevd c toate echipamentele electronice trebuie s suporte variaii defrecvende pe o duratde 10 minute.Echipamentele electronice moderne alimentate de la surse dealimentare tip chopper suntinsensibile la variaii de frecven.ntr-o reeaelectricputernici buclat, puterea electriceste practic,infinit. La o astfel dereea frecvena instantanee are ntotdeauna o abate mai mic de 1 % i n mod curent,aceastabatere este mai micde 0,1%.

1.1.1.3. Armonice

Orice sarcinneliniar consumun curent nesinusoidal care este compus dintr- uncurent fundamental (la frecvenade 50 Hz n Europa) idin mai mulicureniarmonici avndfrecvene,multipli ntregi ai frecvenei curentului fundamental.Sunt luate n considerare pnla 40 de armonici (armonica de rang 40 are frecven ade 2kHz).ntr-un sistem electroenergetic, sursele de armonici pot fi grupate n:

Surse interne, reprezentnd neliniaritile anumitor parametrii electrici, aielementelor sistemului electroenergetic, cum ar fi: fenomenul corona ncazul liniilor electricede nalt tensiune i saturaia circuitelor magnetice ale transformatoarelor i mainilor

electrice.Surse externe, cauzate de neliniaritile impedanelor unor receptoare sau consumatorielectrici ca: atelierele de sudurelectric,transportulelectrificat, cuptoarele cu arc electric,electronica de putere, instalaiile de electroliza cuprului, calculatoarele electronice,televizoarele, lmpilefluorescente etc.

Pentru consumatorii de mic putere, efectul armonicelor de curent asupra formeisinusoidale a tensiunii este neglijabil, dar pentru marii consumatori,efectul de distorsiune aundei de tensiune poate deveni foarte important.Distorsiunea undei de tensiune se exprimn procente ieste deranjantpentrucelelalte echipamente electrice din zon.

Distorsiunea undei de tensiune este proporional cu curenii armonici (carereprezintsursa de perturbaii)i cu impedanareelei (cuplajulgalvanic), care se comportca o impedancomuna sursei i areceptoarelor.

Distorsiunea tensiunii n reelelede nalttensiune este slab(sub 1%). Ea, ns, numai poate fi neglijatn aval de transformatoarele MT/JT. Efectul distorsiunii de tensiune estenclzirea suplimentara marilormotoare electrice la care, de exemplu, o distorsiune de (3

4)%) poatecrea serioase probleme.n cazul unor sli echipate cu calculatoare electronice, o distorsiune de tensiune de

5% poate fi considerat normal, deoarece toate echipamentele electronice sunt astfelconstruite nct ssuporte unfactor global de distorsiune de 8%.Armonicele pare de curent sunt slabe i sunt, n principal, generate de sarcinile careconsum o component continu a curentului. Trebuie avut n vedere c prezena uneicomponente continue a curentului produce saturarea rapida fierului transformatoarelor.Circuitul magnetic al unui transformator de putere clasic ajunge lasaturaie pentru un curentcontinuu de valoare mult mai mic dect cea a curentului alternativ nominal. Untransformator saturat de un curentcontinuu genereazo mulime de armonice pare.

Cea mai mare parte a sarcinilor neliniare nu genereazdect armoniceimpare.Sarcinile trifazate echilibrate i alimentate frconductor neutru nugenereazarmonica deordinul 3 i nici armonice multipli de 3.

Curenii armonici de ordinul 3 i multipli de 3 pun o problemspecial:Chiar i n cazul echilibrului sarcinilor monofazate pe cele 3 faze alereeleitrifazate

de distribuie,curenii armonici de rangul 3 se adunnconductorul neutru.Se poate spune ccurenii armonici de rang 3 se comportca icomponentele homopolarede curent. n aceast situaie, valoarea curentului prin conductorul neutru poate sdepeascvaloareacurentului din faze.

Frecvena curenilor armonici de rang 3 fiind de 3x50Hz=150 Hz, eiproduc n

conductorul neutru o nclzire suplimentar(datoritefectuluipelicular), care poate devenipericuloas. De aceea, la proiectarea instalaiilor electrice ale birourilor, slilor decalculatoare i ailuminatului fluorescent trebuie sse prevadpentru conductorul neutru o


8/68

8

seciune adecvattrecerii acestor curenihomopolari, frsse producefecte nedorite.nFigura 1. 3 Curenii armonici de rang 3 n cele trei faze ale sistemului trifazat., se

prezint modul n care curenii armonici de rang 3 ai celor trei faze se comport nconductorul neutru ca nitecurenihomopolari (se adun).

Figura 1. 3 Curenii armonici de rang 3 n cele trei faze ale sistemului trifazat.

Observaii: curentul armonic de rang 3 oscileaz de 3 ori mai repede dect curentul

fundamental; armonicele de rangul 3 sunt n faz; armonicele de rang 3 se adun n conductorul neutru ca i componentele de

secven homopolar; n conductorul neutru, curentul armonic de rang 3 devine, astfel, mai mare ca

valoarea efectiva curentului de faz; curentul armonic de rang 3 nclzete cablurile de alimentare.

Un alt tip de problemcare poate saparn reelele electrice de distribuie datoritprezenei curenilor armonici este legat de existena bateriilor de condensatoare pentrucompensarea circulaiei de putere reactiv i mbuntirea factorului de putere n

ntreprinderi.Bateria de condensatoare cu un pronunat caracter capacitiv este legat nparalel cu transformatorul deMT/JT care alimenteaz cu energie electric ntreprinderea.Ansamblul transformator-baterie de condensatoare formeazun circuit oscilant paralel de tipL - C, care are oimpedanfoarte mare la frecvenade rezonan. Dacuncurent armoniceste generat la frecvena de rezonan a circuitului oscilant L - C paralel, se produce odistorsiune de tensiune deosebit de periculoas. Pentru a se evita acest fenomen existdousoluii: fie se mrete sau se micoreaznumrul de condensatoare ale bateriei (curisculde a se realiza o compensare imperfect), fie se adaugobobinn serie cu bateriade condensatoare realizndu-se un filtru refulant.

1.1.1.4. Interarmonice

Un curent interarmonic este un curent a crui frecven nu este multiplu ntreg alfrecvenei reelei electrice. Se disting doutipuri deinterarmonice:interarmonice adevrate,care sunt generate la frecvenediscrete;interarmonice cu frecvenen spectru continuu.

Interarmonicele adevrate sunt create de anumite convertizoare defrecvenestatice(convertizoare ciclice cunoscute sub denumirea de cicloconvertoare i utilizate pentruantrenarea motoarelor electrice laviteze reduse). Unele motoare asincrone cu rotorul cu poliapareni(proemineni) produc interarmonice de frecvenemultipli ai frecvenei derotaie.Pe termen lung, interarmonicele pot conduce la nclziri excesive ale instalaiilor iechipamentelor electrice, dar nu perturbn modpericulos echipamentele electronice.Riscul principal al interarmonicelor este de a perturba sistemele detelecomandcentralizate,

n banda de frecvenede 110 Hz2 kHz. nacest caz, nivelul de interarmonici, n generaltolerat la 0,5 % din Un,trebuie sfie redus la mai puin de 0,1 % din Un.


9/68

9

1.1.2. Perturbaii tranzitorii prin conducie la joas frecvenPerturbaiile tranzitorii de joasfrecvensunt mult mai puinderanjante dect perturbaiile

ntreinute (continue) de aceeaiamplitudine.

1.1.2.1. Fluctuaiide tensiune

O fluctuaie de tensiune este o variaierapida tensiunii de alimentare,cuprinsn

plaja normal de variaie a acesteia ( 6% 10%) Un, n timpul funcionrii normale areelei electrice de alimentare (distribuie).

Fluctuaiile de tensiune sunt produse de variaiile de sarcin: porniri de motoareelectrice mari, cuptoare cu arc electric, reglajul de tensiune cuploturi la transformatoare etc.Ele nu sunt permanente, dar au, adesea,amplitudini mai mari ca ale flicker-ului.Perturbaiile produse de fluctuaiile de tensiune sunt, n general,slabe.Ele pot, uneori, afecta buna funcionare a echipamentelor electronice sensibile, cum ar fi:regulatoarele de putere de mare precizie,calculatoarele din generaiilemai vechi i tuburilefluorescente de mare randament.Un echipament electronic modern poate suporta fluctuaiide tensiune de 8% Un.

1.1.2.2. Goluri de tensiune

Un gol de tensiune reprezintscderea brusca amplitudinii sau a valoriiefective atensiunii ntr-un anumit nod al reelei electrice pnla o valoare ce poate atinge 20% din Unicare dureazmai puin de 3 secunde. Limita minim de 0,2 Un s-a ales n funcie de

pragul de sensibilitate al aparatelor de msur, iar limita maximde timp, de 3 secunde, ian considerare performanele echipamentelorelectrice care asigurrevenirea tensiunii lavaloarea normal.

Cauzele golurilor de tensiune sunt fie diferite defecte care apar n instalaiilesistemului electroenergetic (De exemplu: vnt puternic, furtuni, defecte pe liniile electricesau n sistemele vecine etc.), fie conectridirecte n reeaa unoragregate care necesitcurenimari de pornire.

Golurile de tensiune pot aprea oricnd i oriunde n reelele electrice, ele fiindinevitabile ialeatoare. Aceasta impune ca studiul lor sse facpe baze statistice. Oricegol de tensiune este un proces tranzitoriu n timp, ntre momentul apariieisale imomentulrevenirii tensiunii la valoarea sa nominal.Golurile de tensiune nu afecteaz ntotdeaunatoate cele trei faze ale sistemului trifazat. De aceea, existgoluri de tensiune simetrice inesimetrice (mono- sau bifazate).

Deoarece cauzele apariiei golurilor de tensiune sunt multiple, i alura curbeitensiunii n timp diferde la un gol la altul. De aceea, pentru simplificarea studierii golurilorde tensiune s-au conceput cteva forme idealizate ale acestora, ale cror expresiimatematice sunt simple icunoscute. Astfel deforme idealizate, mai des ntlnite, sunt datenFigura 1. 4 Forme reale i idealizate ale unor goluri de tensiune

Forme reale i idealizate ale unor goluri de tensiune:gol de tensiune dreptunghiular, real;idealizat;gol de tensiune exponenial, real;idealizat.


10/68

10

Consecinacea mai grava unui gol de tensiune poate fi pierderea alimentrii cuenergie electric a consumatorilor racordai la linia electric n care acesta apare. Deaceea, distribuitorii de energie electric fac eforturi pentru a limita nivelul de scdere atensiunii golurilor de tensiune i pentru a reduce riscurile de ntreruperi prin buclareareeaua de medie tensiune.

1.1.2.3. Supratensiuni lente

Supratensiunile care afecteazreeaua de alimentare se manifestcaperturbaiidemod normal (diferenial) la bornele consumatorilor. Cauzele apariieiacestor supratensiunisunt multiple, dintre acesteavom exemplifica urmtoarele:Anclanarea unei baterii de condensatoare la reeaua de alimentare. n momentulanclanrii se formeazun circuit LC paralel care are o frecvende rezonan, joas.Tensiunea tranzitorie are, dupanclanare, o valoare de vrf de peste douori mai mare fade valoarea de vrf a tensiunii reelei. De exemplu, la un circuit monofazat de 230 V,tensiunea de vrf atinge peste 500 V, dar are energia de doar cteva sutede joule.

Figura 1. 5 Supratensiuni la anclanarea unei baterii de condensatoare n reea.Topirea fuzibilului unei sigurane.

La o siguran fuzibil, n cazulunui scurtcircuit net, fuzibilul se topete ntr-omilisecund, cnd curentul atinge civa kA.

Supratensiunea care urmeazntreruperii fuzibilului depete, adesea, 1000 V.

Aceast supratensiune,avnd o energie de cteva sute de joule poate distruge unechipament electronic sensibil montat n paralel pe aceeai bar.Astfel, dei curentula fost ntrerupt, un echipament s-a distrus.

Figura 1. 4 Forme reale i idealizate ale unor goluri de tensiune


11/68

11

Figura 1. 6 Supratensiune produsde topirea fuzibilului, tip fir, a unei sigurane fuzibile.

1.1.2.4. Supratensiuni sinusoidale amortizate

Orice manevr n reeaua electric de MT (nchiderea sau deschiderea

ntreruptoarelor, contactoarelor, disjunctoarelor) produce ceea ce se numete oc demanevri care perturblinia printr-un impuls de tensiune cu front abrupt, ca nFigura 1. 7Unda sinusoidalamortizat.

Figura 1. 7 Unda sinusoidalamortizat

Acest fenomen este asemntor celui de anclanare a unei baterii decondensatoare, dar cu o frecvende rezonansuperioari cu maipuinenergie. Risculde distrugere de echipamente este foarte redus, mult mai redus ca cel datoritsupratensiunilor lente.

1.1.2.5. Trsnetul

Trsnetul este o descrcare electricde mare energie ntre nor ipmnt.Fenomenul, privit din unghi de vedere electric, se manifest ca un generator de

curent perfect. Amplitudinea medie a curentului de trsnet este de cca 25 kA, dar pentru

calcule de protecie, n 95% din cazuri se ia n considerare un curent de 100 kA, iar pentruo i mai mare siguran, n 99% din cazuri se considerun curent de trsnet de 200 kA.

Figura 1. 8 Unda de tensiune normalizatcare se utilizeazpentru studiul fenomenului de trsnet.


12/68

12

Pentru un coeficient de ncredere de 95%, panta curentului de trsnet se adoptdel / t= 160 kA/s, iar pentru un coeficient de ncredere de 99%, se alege. l / t = 300kA/s.Fenomenul de trsnet rmne ca fenomen perturbativ de joas frecven deoarece,frecvenasa este inferioarmegahertz-ilor.

Frecvena zilelor de furtun, pe an, ntr-un anumit loc, permite s se determinenivelul isokeraunic, care unete prin curbe de nivel, toate zonele de pe pmnt cu aceeai

frecven afurtunilor.

1.1.2.6. Cureniitranzitorii

Conectarea sarcinilor genereazun impuls scurt de curent cu caracter de perturbaiede mod normal, care afecteaz uor i tranzitoriu, tensiunea de alimentare. Astfel,conectarea unui simplu tub fluorescent cu balast genereazun impuls de curent de peste 10A la vrf.Mai periculos este, ns, impulsul de mod comun care nsoete conectarea. Un astfel deproces tranzitoriu, chiar dac are o amplitudine redus (vrful de civa amperi) esteperturbativ pentru cfrontul su este foarte abrupt ise tie c toateperturbaiile de modcomun care au frontulabrupt se cupleazn mod eficient cu conductoarelecircuitelor vecine.

De aceea, pentru a evita astfel de perturbaii este bine sse pstreze o distanmai marede30 cm ntre conductoarele de semnal i conductoarele dealimentare de la reea.

1.1.3. Perturbaii permanente (ntreinute, continue) prin radiaiedejoasfrecven

La joas frecven numai cmpul magnetic poate crea probleme, dar numai nvecintatea imediat a victimei. Ecranarea cmpului magnetic la joas frecven fiindfoarte dificil(sub 10 kHz), reducerea cuplajului magnetic este singura soluiepracticdeprotecie.Msurarea perturbaiilor ntreinute n cmp magnetic este simpl i uor reproductibil.Pentru aceasta este nevoie doar de o buclnchisde circuit ide un osciloscop.

1.1.3.1. Cmpul de dispersie al transformatoarelor

Transformatoarele de forfuncioneaz, n cele mai multe situaii, n apropiere dezona de saturaie magnetic a fierului. Valoarea de vrf a induciei magnetice n fierdepete 1,5 T, iar n unele cazuri (la transformatoarele care funcioneaz n regimintermitent) poate s ating 2 T. La un astfel de nivel al induciei magnetice, fierul estesaturat, iar intensitatea cmpului magnetic poate depi 100 A/m n apropiereatransformatorului.

Consecina cea mai frecvent a unui astfel de cmp magnetic este deformareaimaginii tuburilor catodice (jocul imaginii, ondularea imaginii cu frecvena de baleiaj,

modificarea culorilor imaginii etc.,). Trebuie precizat ctuburilorcatodice neecranate suportintensitiale cmpului magnetic de valori n jurula 1 A/m, la joasfrecven.Alte consecineale prezenei unui astfel de cmp magnetic intens sunt:o inducie de

zgomot n capetele magnetice de citire (magnetofoane, derulatoare de band, cititoare dediskete) i induciin buclele de cupla.

Cmpul magnetic de joasfrecvenradiat de un transformator i, n general , de

sursele localizate, descrete foarte rapid cu distanadupo lege a lui 1 / D3. Spre exemplun cazul unui transformator de sector care are la distanade 25 cm de el, o intensitate acmpului magnetic de dispersie de 3A/m, la distanade 1 m cmpul magnetic va avea ointensitate de 0,05 A/m. Un cmp att de slab nu va putea perturba niciun circuit electronic.Rezult ccea mai simpli mai eficientmetod de protecie este aceea de a deprtaechipamentele electrice ielectronice sensibile de sursa de perturbaiimagnetice. n aceastidee, niciodat nu trebuie instalat un tub catodic la o distan mai mic de 5 m de untransformator de fordintr-un post de transformare.


13/68

13

i n cazul curenilor slabi, transformatoarele de alimentare genereaz cmpurimagnetice de dispersie la joasfrecven(frecvenareeleidealimentare de 50 Hz sau de60 Hz). n acest caz, o soluie de protecieacircuitelor electrice i electronice vecine este dea blinda (ecrana)cmpul de dispersie printr-o centurdin cupru care splachezenfurriletransformatorului la exterior ca n Figura 1. 9 Reducerea cmpului de dispersie la untransformator de alimentare.Prin aceasta se realizeazo reducere a cmpului radiant dedispersie de pnla 10 ori.

Figura 1. 9 Reducerea cmpului de dispersie la un transformator de alimentare

Dac pentru transformatorul de alimentare al circuitelor (schemelor)electronice sefolosete o construcie toroidal a miezului feromagnetic,cmpul de dispersie rmnentre bobinaje, interiorul torului.Cmpul magnetic de dispersie la un transformator cu miez feromagnetic toroidaleste foarte slab, dar capacitatea nfurriiprimare fa de cea secundar estemult mai mare ca a unuitransformator obnuit (de cca 10 ori).

1.1.3.2. Cuptoarele de inducie

O surs localizat foarte intens de cmp magnetic o reprezint inductorul

cuptoarelor de inducie industriale de mare putere. Aceste cuptoare se utilizeaz pentrutopirea i meninerea n stare caldametalelor feroase i neferoase n vederea turnrii nforme sau pentru tratamente termice de suprafaale oelurilor.Frecvenacurentului prinbobina inductoare este cuprinsntre frecvena industriali cteva zeci de kilohertzi, iarputerea lor variazntre 10 kW i civa megawatt;Descreterea intensitii cmpului magnetic se face ca i la transformatoare, dupcurba

corespunztoare legii 1/D3, deci foarterapid cu distanafade inductor.Efectele cmpului magnetic de dispersie sunt cele cunoscute:perturbaiivizuale ale

tuburilor catodice, modificarea culorii imaginilorTV etc. Ecranarea sursei fiind imposibil, iarcea a victimei fiind, i ea, dificil, cea mai bun soluie de evitare a efectelor cmpuluimagneticeste deprtarea victimeide sursa de perturbaii.

Trebuie precizat ccuptoarele moderne utilizeazpentru reglajsemiconductoare demare putere care genereazperturbaiiprinconducie.

1.1.3.3. Radiaiileliniilor aeriene de transport a energiei electrice

Liniile de alimentare a traciuniielectrice, precum i liniile electriceaeriene de nalttensiune reprezintantene lungi i eficace de cmpmagnetic. Bucla radianteste suprafaacuprinsntre conductoarele dedus i de ntors. O linie aeriande medie tensiune de 20 kVsuport, nmod constant, un curent de 500 A; o linie de 110 kV suportpeste 1000A, iar olinie de 400 kV suport n jur de 2000 A. n industrie, ns, unelebare de joastensiune

suportcurenisuperiori la 10 kA.n toate cazurile, cmpul radiant al unei linii lungi echilibrate descrete cu distana

dupo lege de forma 1 / D2. Aceastdescretere, dei rapid, este totui mai lentca cea


14/68

14

corespunztoare unei surse de cmplocalizat.Efectul acestui cmp radiant, n afarde a deforma imaginile tuburilorcatodice este

de a induce tensiuni perturbatoare n buclele circuitelorelectrice vecine i de a perturba liniileaeriene de comunicaii.Acestultim efect este deranjant pentru liniile telefonice.

i n acest caz, soluia cea mai eficienteste de a distanaposibilelevictimede liniaperturbatoare. Sub o linie de 220 kV sau de 400 kV, cmpul magnetic la sol atinge 10 A/msau chiar mai mult. Pentru a nu sedepi 1 A/m este necesaro deprtare de cteva sutede metri.

Pentru distribuia energiei electrice n industrie unde se utilizeaz cabluri unipolare lafrecven joas (50 Hz), montarea alturat a 2,3 sau chiar 4 cabluri reduce suprafaabuclelor i deci i radiaia magnetic.Este bine,ns, sse grupeze cablurile 3 cte 3 faze inu sse grupezecablurile pe faze, ca nFigura 1. 10 Repartiia celor trei faze pentru cabluride forunipolare, n cazul

Figura 1. 10 Repartiia celor trei faze pentru cabluri de forunipolare, n cazulgruprii cablurilor.

Cazul a) dinFigura 1. 10 Repartiia celor trei faze pentru cabluri de forunipolare, n cazul,trebuie evitat pentru cn caz de scurtcircuit,apar foreelectrodinamice carendeprteazcablurile parcurse decurenide acelai sens.

1.1.3.4. Curenii de scurgere (de fug) la pmnt

n jurul unui conductor care este legat la pmnt (conductori de tip PEi PEN) i esteparcurs de un curent de fug la pmnt se genereaz uncmp magnetic care descretecu distanadupo lege de forma 1 / D.

Din acest motiv, ndeprtarea cilor de cabluri nu este, adeseori,eficient. n acestcaz o soluie mai eficient este de a se aduga untransformator de izolare cares alimenteze separat echipamentelegeneratoare de cureni de fug (curenihomopolari sau armonice derang 3; 9 etc.) ndeprtnd astfel victimele prin mrireadistanei ntreele i sursele de perturbaii.O alt problem grav a curenilor de fug este aceea c ei pot declana proteciiledifereniale sensibile. De aceea nu trebuie niciodat protejat alimentarea sistemelorinformatice prin proteciidiferenialesensibile.

1.1.4. Perturbaii tranzitorii prin radiaie de joas frecven

Cmpurile tranzitorii de joas frecven nu sunt perturbatoare dect dacsunt de

foarte mare amplitudine. Ca in cazul tuturor impulsurilor in acest caz riscul esenial estede a perturba funcionarea echipamentelor electronice mai puin cunoscute sau prostcablate.

1.1.4.1. Scurtcircuite

Scurtcircuitele pe liniile electrice se manifestprin urmtoareleetape:prin conducie, tensiunea liniei cade la zero cel puin pe durata necesareliminrii defectului;prezenacurentul de scurtcircuit genereazun cmp magnetic tranzitoriu de valoare multmai mare dect cea a cmpului nominal;intrarea n funciune a ntreruptoarelor poate crea impulsuri cu front abrupt (cazulntreruptoarelor de la nalttensiune) sau supratensiunienergetice (cazul topirii fuzibiluluicu fir al unei sigurane).

Pentru o reeaelectric,un scurtcircuit genereazun curent de 5 pnla 50 deori


15/68

15

mai mare dect curentul nominal. n reelele de joas tensiune, curentul descurtcircuit nudepete,ns,valoarea de 25 In, iar un factor de 15 reprezint un caz tipic realist.

Cmpul magnetic radiant pe durata scurtcircuitului nu este, probabil, deranjantdect pentruechipamentele electronice sensibile la care timpul de rspuns este inferior ctorvamilisecunde la joastensiune, respectiv cteva sute demilisecunde la medie tensiune, adiccorespunztor timpului de intervenie a proteciei reelei electrice.

1.1.4.2. Conectarea (anclanarea)liniilor electrice aeriene denalttensiune

O linie lung, n gol, determinapariiala extremitatea n gol, a uneisupratensiunicare poate atinge valoarea dubla tensiunii liniei (efectulFerrantti).n cazul unei linii defecte, la reanclanare, ntre conductorul de dus i ntors circulun curentoscilatoriu, durata fiecrei treceri a curentului fiind funcie numai de distanapnla defect iavnd valoarea ntre 10s i cteva milisecunde. Efectul unui astfel de curent esteapariia,prin inducie, a unei tensiuni electromotoare n toate buclele de masvecine linieidefecte.Pentru o linie de 20 kV vecin, tensiunea electromotoare de induspoate depi 1 kV, lavrf.

1.1.4.3. Flash electronic produs de aparate foto

Cmpul magnetic radiant produs de flash-ul unui aparat fotoprovoac,prin inducie,otensiune electromotoare indusn buclele de cablaj aleechipamentelor electronice. Astfel, ladistana de 2 m de un flash cmpul magnetic produs reprezint un impuls magneticsinusoidal amortizat de intensitate de 0,1 A/m, la vrf i o frecven de cteva sute dekilohertzi.Existdousoluiide proteciea victimelor:Snu se fotografieze cu flash echipamentele lectroniceneautorizate CEM;Sse reducsuprafeele buclelor de mas.

1.1.4.4. Trsnetul

Pe lng fenomenul de conducie descris anterior, canalul ionizat al trsnetului secomportca un conductor lungcare conduce cureni de fuglapmnt de zeci de kA, ntr-un timp mai scurt dect o microsecund, ntre dou reamorsri. Cmpul magnetic radiantdescrete cu distana duplegea 1/D.

Acest fenomen induce tensiuni electromotoare parazite, de ordinul kilovolilor, nbuclele de masale instalaiilorelectrice i electronice. Aceste tensiuni induse pot distrugecomponentele de interfa ale acestor instalaii. Astfel de distrugeri s-au observat i la odistande 1 km fadelocul de impact al trsnetului.

1.2. Perturbaiidenaltfrecven

Prin perturbaii de nalt frecven se neleg toate tipurile de parazii al crorspectru semnificativ de frecvenese ntinde dincolo defrecvenade 1 MHz.La aceste frecveneale perturbailorelectromagnetice izolaiilegalvanice devin ineficiente,lungimile conductorilor de mas sunt critice i toate conductoarele devin antene eficace(chiar i conductoarele scurte pot intra n rezonan). Aici predominperturbaiilede modcomun, fapt ce permite o nelegeremai facila fenomenelor.Perturbaiile de nalt frecven sunt dificil de msurat. Este interesant,n acest sens,evoluia pragului de sensibilitate a msurrilor la nalt frecven, odat cu dezvoltareatehnicilor de msurare. Astfel, n anii1970 se considera cperturbaiileindustriale la naltfrecvensunt semnificative pn la frecvenade 30 MHz. n anii 1980, odatcu apariiaosciloscoapelor de peste 100 MHz, s-a generalizat ideea c perturbaiile industriale suntsemnificative din punct de vedere al CEM pnla 100MHz. (Este de remarcat faptul cn

1981, cu ajutorul unui osciloscop de 350 MHz, s-a msurat timpul de amorsare a arculuielectric, inferior uneinanosecunde). n prezent se considercpentru perturbaiilede naltfrecven, limita de 7 GHz este suficientpentru problemele CEM.


16/68

16

Fenomenele produse la nalt frecven sunt importante, foarte frecvente, severe i puinintuitive. De aceea studierea lor este foartedificil.

1.2.1. Perturbaii permanente (ntreinute) de nalt frecven, princonductive

Fenomenele de conduciese complicmult dincolo de pragul de 1 MHz. Dacse detecteaznfurtoarea unui semnal de nalt frecvenntreinut, acest semnal se vede ca un

semnal continuu.

1.2.1.1. Zgomotulde comutaieal motoarelor cu colector

Motoarele cu colector genereazscntei la colector n timpulfuncionrii. O scnteiese comport ca un ntreruptor foarte rapid. Conductorii de alimentare devin suportulcurenilor de nalt frecven, cu un front de cretere de ordinul ctorva zeci denanosecunde, uneorichiar mai puin.Efectul acestor perturbaiide naltfrecven, de modcomun, este de aperturba direct sistemele de reglare precum i conductoarele vecine.Soluia cea mai bunde protecieeste de a filtra fiecare conductor n raport cu masa. Lamotoarele cu colector utilizate n echipamentele i aparatele electrocasnice este suficient,pentru aceasta, sse amplasezeun condensator de antiparazitare cu capacitatea de civa

nanofarazintre fiecare perie colectoare i statorul (masa) motorului.

1.2.1.2. Convertizoarele statice

Toate convertizoarele statice genereazcurenide mod comun de nalt frecven,cu care se nchid ntre partea de alimentare ipartea de ieirea convertizoarelor, ca nFigura 1. 11 Evacuarea curentului de mod comun lCM, la asiu (mas).

Figura 1. 11 Evacuarea curentului de mod comun lCM, la asiu (mas).

Curenii de mod comun sunt formaidin impulsuri sinusoidale amortizate devaloarecuprinsntre civa miliamperi icteva sute de miliamperi. Frecvena lor proprie este de 5 50 MHz;Efectul acestor cureni este bruiajul echipamentelor electronice sensibile (camere video,monitoare de mare rezoluie, skanere, receptoare optice, etajele de frecvenintermediararadioreceptoarelor, aparatele de ecografie medicaletc.).

Soluiade eliminare a acestor bruiaje este de a filtra toate conductoarele convertizorului prinfiltre de naltfrecven,care saib,toate, aceeaireferinde potenial sau acelaiplande mas.

1.2.2. Perturbaii tranzitorii de nalt frecven, prin conducie

Frontul de durat foarte scurt (sub 10 ns) nu se propag prea departe nconductoare pentru c radiaia n mod comun este amortizat. n mod normal(diferenial), se produce o degradarea rapida frecvenelor foarte nalte, care se transformn cldur. Rezult c cuplajele prin conducie la nalt frecven sunt, n mod esenial,locale.Impulsurile de naltfrecven,prin conducie, sunt, n mod particular, foarte grave pentru

electronica numeric.Un semnal de civavoli, chiar dac dureazcteva nanosecunde,este comparabil cu un semnal real.


17/68

17

1.2.2.1. Deconectarea bobinelor

Acest fenomen este, practic, inevitabil deoarece n sistemul electroenergetic existfoarte multe sarcini inductive: relee, contactoare, bobina, electrovalve, motoare,transformatoare, etc.Fenomenul se desfoarastfel:

Cnd o sarcin inductiv este alimentat cu energie electric, energia reactivinductiveste stocatn bobinaj.

Dacun contactor ntrerupe curentul de alimentare, energia reactiv inductivdin bobinajncarc capacitile condensatoarelor n serie formate ntre spirele bobinei, care apoi sedescarc brusc. Apare o supratensiune important la bornele bobinei, care, practic, semanifestntre contactele contactorului.

Figura 1. 12 Schema echivalent- bobincomandatprintr-uncontactor uscat.

Creterea tensiunii este lent,iar frecvenade rezonana circuitului oscilantLC este cuprinsntre civa kilohertzi isute de kilohertzi.Teoretic, tensiunea care apare la bornele bobinei, practic, la bornelecontactorului,

este de ordinul kilovolilor. La aceastvaloare a tensiunii, ntrecontactele care se deschid seamorseazun arc electric. Apariia arcului electric genereazun front rapid i abrupt decmp magnetic ntr-un timp de ordinulnanosecundelor, care se acumuleaz n bobinsubformde energie reactiv inductiv.

Tensiunea ntre contacte cade, dar cnd arcul se stinge, tensiunea crete dinnou ise produce o nouamorsare a arcului electric.

Fenomenele se succed de un numrmare de ori iastfel, se genereazo salvdeimpulsuri pe o duratde cca o milisecundpncnd contactele se ndeprteazsuficientde mult unul de cellalt nct, tensiunea reziduals nu mai fie suficient de mare ca s

reionizeze spaiul de arc i astfel, arcul s nu se mai poat reaprinde. n figura 3.13 seprezintvariaia tensiunii ntr-o salvde impulsuri la bornele contactelor care se deschid.Acest fenomen este normalizat de CEI prin norma 1000-4-4.Efectul salvei de impulsuri perturbputernic circuitele numerice frun plan de mas

sau prost conectate la mas. Pentru a limita acest efect este suficient s se plaseze unlimitator de supratensiuni n paralel cu bobina. (varistor, diodZener, diodsupresoare etc.).

Figura 1. 13 Variaia tensiunii n cazul unei salve de impulsuri produse la deschiderea contactelorunui contactor.

1.2.2.2. Descrcrileelectrostatice

Fenomenele electrostatice sunt cunoscute ncdin antichitate. Cauzele electrizrii,adica deplasrii sarcinilor electrice spre un corp izolat depmnt, sunt multiple ianume:prin frecare (triboelectricitate);prin contact (transfer direct de sarcini electrice);prin influen(prin cmp electric);

prin ionizare (emisii de ioni la tensiune nalt);prin baloelectricitate (agitaie de particule ntr-un gaz);prin clivaj sau prin fragmentare (cnd se sfrmzahrul ntr-un mojar);


18/68

18

prin congelare;prin efect termo- sau fotoelectric etc.

Singur triboelectricitatea, adic frecarea unui obiect izolant nelegat la pmnt, estesuficientpentru a explica cea mai mare parte a fenomenelor de descrcare electrostatic(DES) care apar n mediile industriale. Aceste fenomene sunt,practic, inevitabile.n cazul corpului uman, capacitatea acestuia fade mediul nconjurtoreste de cca 200pF.n cteva secunde, o persoan care se deplaseaz se ncarc, astfel la civa kilovoli.

Tensiunea maxim la care se poate ncrca o persoan este de cca 20 kV. Aceasttensiune depinde, ns, de umiditatea relativa aerului, de natura solului ide materialulnclmintei.Diferena de potenial a corpului uman fa de pmntfluctueaz n funcie de sarcinaelectric total colectat, adic:

[V](1. 1)

fluctueaznfuncie de sarcina electrictotalcolectat, adic:Energia electrostaticacumulatde corpul uman se poate determina curelaia:

(1. 2)n cazul corpului uman, aceastenergie eliberatla o DES este deordinul milijoule,

deci este neglijabil, dar ea poate provoca dezastre n cazul componentelor electroniceminiaturale.Din punct de vedere al ncrcrii electrostatice, corpul uman semodeleazprintr-o schemelectric ce conine trei parametri: capacitatea n raport cu pmntul, rezistena corpuluiuman i diferena de potenial fa de pmnt n stare ncrcatelectrostatic. n medie,aceti parametri au urmtoarele valori medii naintea unei descrcri:C=200 pF; R=1 k;U=10 kV.


19/68

19

Figura 1. 14 Schema electricechivalent a unui corp uman ncrcat electrostatic i valori tipicepentru momentul descrcrii electrostatice

n momentul descrcrii electrostatice, DES, se produce un curent electric dedescrcare de cca 10 A, ntr-un interval de timp de descrcare de 200 ns. Frontulcurentului de descrcareeste,ns, foarte abrupt ise desfoarn cca 1 ns, mai alesatunci cnd persoana inen mnun obiect metalic (o cheie) prin intermediul creia areloc descrcarea electrostatic. n Error! Reference source not found. se prezint formaundei de curent de descrcarea corpului uman prin intermediul unui obiectmetalic.

Figura 1. 15 Unda de current de descrcare

O persoan ncrcat electrostatic se poate descrca complet prinatingerea unui corp conductor chiar dac acesta este izolat de pmnt. Astfel este posibildistrugerea, prin atingere, a unui card.Fenomenul este reciproc, adico persoandescrcat,prin atingerea unui card ncrcat,dar izolat, se poatencrca electrostatic genernd o DES care descarccardul.

Protecia mpotriva DES este, n primul rnd, o problem de concepie a instalaiilorindustriale. Msurile care trebuie luate sunt: ecranrile conductoarelor i ale cardurilor,filtraje etc.Riscul DES se poate limita i meninnd n ncperi o umiditate relativn jurul a 50%.Acest lucru este posibil n slile de informatic, n slile de testri i verificri (control),nlaboratoarele de electronic etc.

1.2.3. Perturbaiipermanente (ntreinute), de nalt frecven,prinradiaie

Toate perturbaiileradiante sfresc, dupcuplaj, sub forma deperturbaiiprinconducie.

1.2.3.1. Mainilede tip ISM

Un ISM este un aparat Industrial, tiinific sau Medical. n industria modern seutilizeaz astfel de echipamente, care emit radiaii electromagnetice de putere pentru aceda cldur n materialele care trebuie prelucrate. Este vorba de instalaii cu jet deplasm, maini de sudat plasticul, de uscare a lemnului, de polimerizare a rinilor, dedeshidratare a legumelor etc.

Toate aceste maini au puteri de emisie de peste 1 kW, depind uneori 100 kW.Frecvena lor de funcionare este cuprins ntre 1MHz 3 GHz i numeroase ISM-uriutilizeazfrecveneautorizate de 13,56 MHzsau 27,12 MHz. Aceste aparate trebuie sfie


20/68

20

ecranate pentru a limitacmpul radiativ.

1.2.3.2. Emitoarelede comunicaii

Aceste instalaiiproduc energie electromagneticn mod intenionat pecare o radiaznmod controlat, n mediul nconjurtor n scopultransmiterii sau culegerii de informaii.

Puterile de emisie permise pentru diferite frecvene de emisie sunt stabilite nfuncie de zona geografic, de timpii de emisie i directivitatea radiaiei nnelegere cuUniunea Internaional de Telecomunicaii (ITU) i cu organismele naionale pentrumanagementul spectrului electromagnetic.Emisiile emitoarelor de comunicaii sunt, de regul,n band ngusticonstau dintr-ofrecvenpurttoare, benzile laterale iarmonici de ordinsuperior, inevitabile.Cmpul electric radiant al unui emitor de comunicaii se poate estima printr-o relaie

simpl,independentde frecven,ianume: (1. 3)

unde:Ecmpul electricPputerea radianta emitorului,n [W];Gctigul numeric de putere al antenei (G=1,5);Ddistana ntre antenipunctul de msur,n [m].

1.2.4. Perturbaii tranzitorii de nalt frecven, prin radiaie

1.2.4.1. Descrcrileelectrostatice

Simultan cu curentul de descrcare la pmnt, un echipamentelectronic trebuie ssuporte i un cmp electromagnetic intens de cca 8 A/m i 3 kV/m (cmp msurat ladistanade 25 cm de punctul dedescrcare)Metoda de protecie fa de un astfel de cmp perturbator este aceeai ca i n cazulperturbaiilor prin conducie i anume: un ecran bine echipotenializat, n jurulechipamentelor electronice.

1.2.4.2. Arcurile electrice

Amorsarea unui arc electric ntre pantograf i linia de contact n cazul traciuniielectrice reprezint o surs de perturbaii tranzitorii de nalt frecven care perturbrecepia radio i TV local.

Emitoare de telecomunicaii

Emitoare comerciale

Radio TV

Radio telefoaneAutoPoliie

Amatori

Industrie

Radio releeComunicaii satelitComunicaii testere

NavigaieAerianNaval

Radio far

LORAN

RadarAerianNavalAuto

Supraveghere spaiu

Figura 1. 16 Clasificarea emitoarelor de comunicaii (LORAN=LOng Range Navigation).


21/68

21

Alte surse de perturbaiitranzitorii de naltfrecvensunt: efectulcorona al liniilor aerienede nalttensiune, posturile de sudurelectrici tuburile catodice.

1.2.4.3. Impulsul electromagnetic nuclear (NEMP)

Eliberarea brusca energiei nucleare printr-o explozie este nsoitdeun impuls intens de

radiaie, format din fotoni (radiaieRoentgen denaltenergie n domeniul MeV), care sepropagn toate direciile cuviteza luminii.Dacexplozia are loc la mare nlime (peste 400 km) fade Pmnt,fotonii care vin sprepmnt ciocnesc atomii din straturile dense aleatmosferei terestre i prin efect Compton,elibereazelectroni Compton,care, meninndu-i direcia, datoritionizrilor prin ciocnire,produc unmare numr de electroni secundari.Electronii formeazun dipol electric tranzitoriu mpreuncu ionipozitivirmai;n acelai timp, datoritmicrii sarcinilor electrice n cmpul magnetical Pmntului, subaciunea forei Lorentz,

(1. 4)

se formeazi un dipol magnetic tranzitoriu.Apare, astfel, un cmp electromagnetic tranzitoriu, care reprezint impulsulelectromagnetic nuclear, NEMP (Nuclear Electro-MagneticPuls).Valoarea maxima intensitiicmpului electric este de cca 50 kV/m, iar cea a intensitiicmpului magnetic se determinconform relaiei:

[](1. 5)

Unda de impuls NEMP este asemntoare undei standard a trsnetului, avndfrontul de undabrupt, cu durata de cca 5 ns i durata semi-amplitudinii de cca 200 ns.Efecte similare apar i la explozii nucleare n apropierea solului, dar aici predomin

efectele termice i mecanice. Caracteristica principala NEMP este care aciune ntr-unspaiu larg care poate sacopere un continent ntreg. Cele mai afectate sunt sistemeleelectrice de mare ntindere cum sunt sistemele electroenergetice naionale sauinternaionale, precum i reelele telefonice, n care, prin cuplajul distribuit pe ntreagalungime a conductoarelor i prin formarea undelor progresive se acumuleaz energiienorme care distrug instalaiilei echipamentele.


22/68

22

2. METODE I MIJLOACE ANTIPERTURBATIVE LA CUPLAJELE PRINCONDUCIE

2.1. Generaliti

Cele mai multe probleme de CEM pot fi rezolvate utiliznd metode i mijloace

antiperturbative pentru cuplajele prin conducie, deoareceeste mult mai uor, pentru unechipament dat, s i se adaugecomponente de protecie pe conductoarele de alimentaresau de semnal dect s i se construiasc sau s i se modifice un blindaj.

Metoda principal de protecie const n posibilitatea de a combina ntre ele treimijloace antiperturbaive, i anume: filtre, limitatoare de supratensiuni i simetrizoare,care realizeaz separarea galvanic.

n toate situaiile, aceste mijloace antiperturbative se amplaseaz pe o linieelectric (de putere sau cablu de semnal) pentru a proteja circuitele din aval.Toate aceste mijloace de protecie au performane i limite de utilizare relativ uor demsurat, fapt ce permite o bun cunoatere a comportrii lor n timpul funcionrii.

2.2. Filtre

Se vor prezenta numai filtre utilizate n scopul CEM. Un filtru de CEM estecompus din condensatoare, bobine i / sau rezistoare. Acesta este un dispozitiv liniaratta timp ct inductivitile sale nu sunt saturate. n cazul unei tensiuni mari se vaobserva o uoar cretere a capacitii condensatoarelor.

Un filtru de CEM funcioneaz eliminnd prile inutile ale spectrului de frecvenedin semnalele electrice.

2.2.1. Structura filtrelor CEM

Modul obinuit de clasificare a filtrelor evideniaz patru tipuri de filtre: Trece-jos Trece-sus Trece-band Taie-band

Aceste filtre sunt compuse din inductiviti (bobine), condensatoare i uneori, dinrezistoare.

Dac un filtru suport pierderi mici (n rezistenele sau n miezurile saleferomagnetice), el funcioneaz, n principal, prin dezadaptarea deimpedan,adic prinreflexie i poart,n energetic,numele de filtru refulant.

Dac filtrul suport pierderi mari, el funcioneaz prin absorbie i, n energetic,se numete filtru absorbant.

Un filtru se caracterizeaz prin pierderea sa de inserie, numit eficacitatea

filtrului.Aceasta reprezint, prin definiie, raportul dintre nivelul semnalului rezidualmsurat dup montarea filtrului fa de nivelul semnalului msurat fr filtru. Pierdereade inserie a unui filtru depinde de impedanele circuitelor amonte i aval de locul demontare a sa.

Nu trebuie confundat pierderea de inserie a unui filtru cu funcia de transfercare reprezint amplitudinea semnalului la ieire raportat la amplitudinea semnalului laintrare.

nFigura 2. 1 Pierderea de inserie i funcia detransfer a unui filtru. se prezintdiferena dintre pierderea de inserie (eficacitatea filtrului) i funcia de transfer a unuifiltru.


23/68

23

a) b)

Figura 2. 1 Pierderea de inserie i funcia detransfer a unui filtru.

Corespunztor pierderii de inserie a unui filtru se definete factorul de atenuare

de inserie al filtrului,aFi, ca logaritmul raportului dintre tensiunile perturbatoare peimpedana receptorului, fr i cu filtru, adic:

||(2. 1)

Componentele pasive ale filtrelor formeaz, mpreun cu impedanele surselor iale receptoarelor, divizoare de tensiune al cror raport de divizare, dependent defrecven, se definete ca fiind atenuarea real a filtrelor.

(2. 2)

(2. 3)

(2. 4)


24/68

24

Figura 2. 2 Scheme de filtre elementare i atenurile reale corespunztoare

Un filtru trebuie s aib o impedan mult diferit deimpedanele circuitului n care el se monteaz. Valorile impedaneloramonte i aval de locul de montare sunt eseniale pentru alegereafiltrului. Astfel, un filtru instalat ntr-un circuit cu impedan mictrebuie s aib o impedan mare. De aceea, la nalt frecvenpentru o impedan a circuitului mai mic dect 10 , filtrul se vamonta cu bobina spre amonte, ca nFigura 2. 3 Montarea filtruluintr-un circuit cu impedan mic

Pentru un circuit cu impedan mare, filtrul trebuie s aib oimpedan mic. Pentru un circuit care, la nalt frecven are oimpedan mai mare dect 100 , filtrul trebuie montat cu

condensatorul spre amonte, ca nFigura 2. 4. Montarea filtrului ntr-un circuit cu impedan mare.Un filtru pasiv este reciproc atta timp ct rmne liniar.

Aceasta nseamn c pentru impedane amonte i aval date,pierderea de inserie este aceeai att de la intrare ctre ieire, ct i de la ieire ctreintrare.

Observaie: Ca s fie liniar, un filtru trebuie s i conserve impedana nesaturat.Filtru liniar pasiv i reciproc are aceeai atenuare n ambele sensuri (Figura 2. 5 Filtruaval si amonte).

Figura 2. 3 Montarea filtrului ntr-un circuit cu impedan mic

Figura 2. 4. Montareafiltrului ntr-un circuit cu

impedan mare


25/68

25

Figura 2. 5 Filtru aval si amonte

Un filtru este ntotdeauna reciproc, dar nu este reversibil dect dac are ostructur simetric sau dac impedanele amonte i aval sunt egale.Observaie: Un filtru este reversibil dac are aceeai atenuare i dac este montat

invers.

Figura 2. 6 Cazul unui filtru reciproc, dar ireversibil.

2.2.2. Frecvena de rezonan a filtrelor

Prezena componentelor de tip reactiv (bobine i condensatoare) n structura unuifiltru creeaz un sistem oscilant care, n apropierea frecvenei proprii de rezonan, poates produc o atenuare negativ, adic o amplificare de inserie.

Se pot produce fenomene de rezonan i prin combinarea reactanelor proprii aleemitoarelor i receptoarelor cu componentele reactive ale filtrului.

Fiecare component reactiv a filtrului are, n parte, o frecven proprie,individual, datorit prezenei unor elemente reactive parazite.


26/68

26

Figura 2.7 Efecte de rezonanta

Figura 2.7 Efecte de rezonantaError! Reference source not found.ale componentelorreactive ale unui filtru produse de mrimile parazite:

modul de manifestare a mrimilor parazite; variaia real a impedanelor corespunztoare:

-impedana longitudinal;- impedana transversal.

2.2.3. Dielectrici i materiale magnetice cu pierderi

Att rezonanele filtrelor, ct i rezonanele proprii ale componentelor lor reactivese pot atenua utiliznd dielectrici i materiale magnetice cu pierderi .Acestea pot fi obinute fie prin combinarea unor materiale diferite, fie prin proprietileintrinseci ale unor materiale, care prezint permitiviti complexe (n cazul dielectricilor) ipermeabiliti complexe (n cazul materialelor fero i ferimagnetice).

2.2.3.1. Dielectrici cu pierderi

Datorit oscilaiilor periodice ale ionilor i dipolilor din structura materialelorelectroizolante solicitate la tensiune alternativ, acestea prezint, pe lngconductivitatea rezidual care apare n curent continuu i pierderi de putere activsuplimentare cunoscute sub numele de pierderi de polarizare i care pot depi, cavaloare, de cteva ori pierderile produse de conductivitatea rezidual.Pentru a defini proprietile dependente de frecven a dielectricilor cu pierderi seintroduce noiunea de permitivitatea complex:

(2. 5)

respectiv, permitivitatea complex relativ (dup divizarea cu 0):

(2. 6)

Partea real a relaiei corespunde permitivitii relative obinuite, care reprezint

msura creterii capacitii n prezena unui dielectric, adic:


27/68

27

(2. 7)

unde:Co- capacitatea geometric fr dielectric.Partea imaginar reprezint rezistena de pierderi n curent alternativ:respectiv conductana de pierderi:

(2. 8)

(2. 9)

Condensatoarele cu pierderi se pot reprezenta printr-o schem echivalentobinut prin conectarea n paralel a unui condensator ideal cu un rezistor cu pierderi, canFigura 2. 8 Schema echivalent a unui condensator cu pierderi.

Figura 2. 8 Schema echivalent a unui condensator cu pierderi.

n domeniul frecven se poate scrie relaia:

Y U G j U

(2. 10)

Se definete factorul de pierderica fiind raportul: (2. 11)

Cu ajutorul factorului de pierderi se calculeaz pierderile de putere activ n dielectric,adic:

(2. 12)


28/68

28

Inversul factorului de pierderi se numete factor de calitate, Q. La dielectricii cupierderi, Q = 1; adic curenii activi i reactivi au valori comparabile.

2.2.3.2. Materiale feroi feromagnetice cu pierderi

La aceste materiale, pierderile activen cmpul magnetic sunt produse de cureniiturbionari, de fenomenul de histerez magnetic i de vscozitatea magnetic. Pierderilen miezul feromagnetic pot depi cu mult pierderile n nfurrile bobinelor filtrelor.Proprietile, dependente de frecven, ale unui material magnetic cu pierderi se exprim

prin permeabilitatea complex:

(2. 13)

sau, dac se divide expresia de mai sus cu 0, avem permeabilitatea complexrelativ,adic:

(2. 14)

Partea real a permeabilitii complexe relative reprezint tocmai permeabilitatearelativ obinuit i este o msur a creterii efective de inductivitate n prezenamaterialului magnetic, adic:

(2. 15)

Partea imaginar este o msur a rezistenei corespunztoare pierderilor n fier,adic :

(2. 16)

unde: L0 este inductivitatea geometric a bobinei n aer.Bobinele cu pierderi se pot reprezenta printr-o schem echivalent care are n

paralel cu o bobin ideal, un rezistor corespunztor pierderilor n fier, ca n Figura 2. 9Schema electric echivalent a unei bobine cu pierderi

Figura 2. 9 Schema electric echivalent a unei bobine cu pierderi

(Lp - inductivitatea ideal; RFe - rezistena echivalent pierderilor n fier).


29/68

29

n domeniul frecven se scrie expresia curentului:

I()=IR+IL=U()Y()(2. 17)

Sau

( )(2. 18)

Cu ajutorul factorului de pierderi se calculeaz pierderile active produse nmaterialul magnetic:

(2. 19)

i n acest caz, inversul factorului de pierderi se numete factor de calitate, Q, care,la materialele magnetice cu pierderi, are valoarea de aproximativ 1, fapt ce arat ccurenii activi i cei reactivi sunt comparabili ca valoare.

2.3. Tipuri de filtre

2.3.1. Filtru trece-jos

Este cel mai utilizat tip de filtru n CEM. Cel mai simplu filtru trece-jos este formatdintr-un condensator conectat ntre conductorul de semnal i mas. Eficacitatea lui, este,ns, mediocr, n primul rnd datorit prezenei inductivitii parazite n serie cucondensatorul.

O mbuntire a eficacitii unui condensator se realizeaz montnd, n amonte deacesta, o rezisten i obinnd astfel un filtru R-C.

Toate intrrile analogice trebuie s fie filtrate la nalt frecven printr-un filtru pasivtrece-jos de tip R-C (cel puin) a crui frecven de tiere i impedan sunt alese n funciede banda de trecere i de impedana sursei.

Toate ieirile analogice spre exterior trebuie, de asemenea, s fie filtrate de un filtrutrece-jos format dintr-un circuit de tip L-C. Alegerea impedanei unui astfel de filtru trebuies se fac n funcie de curentul furnizat i de impedana circuitului comandat.

2.3.2. Filtru trece-sus

Acest tip de filtru poate fi eficient pentru cablurile coaxiale de nalt frecven.Astfel, n cazul transmiterii unui semnal unic de nalt frecven (cea mai mic

frecven fiind superioar la 10 kHz), filtrul trece-sus conserv informaia util i eliminperturbaiile de joas frecven pe care cablul nu este capabil s le taie. Un astfel de filtrun serie cu un cablu coaxial este mai ieftin dect un sistem de separare galvanic.n figura 4.12 se prezint modul de legare a unui filtru trece-sus la captul unui cablucoaxial.

Figura 2. 10 Modul de legare n serie la un cablu coaxial a unui filtru trece-sus


30/68

30

Trebuie evitat transmiterea de semnale de joas frecven prin cabluri coaxiale.Pentru transmiterea semnalelor de joas frecven este de preferat utilizareaconductoarelor bifilare sau a cablurilor trifilare.

2.3.2.1. Filtru trece-band

Acest tip de filtru este utilizat, n principal, n recepia radioelectric sau la

transmisiunile cu cureni purttori.Un filtru trece-band de recepie se va amplasa direct la intrare, adic n amonte decircuitul activ. Un filtru trece-band de emisie radio va fi amplasat, ntotdeauna, la ieire, naval de circuitele de putere. Toate filtrele trece-band trebuie s aib, n plus, o band detrecere ct mai slab, suficient doar pentru a transmite numai semnalul util.

Se definete factorul de form al unui filtru trece-band raportnd banda sa detrecere la60 dB fa de banda de la3 dB.Cu ct un filtru este mai selectiv, cu att factorul de form este mai slab, adic se afl nvecintatea lui 1.

Figura 2. 11 Modul de definire a factorului de form al unui filtru trece-band.

2.3.2.2. Filtru taie-band

Un filtru taie-band servete la eliminarea unei frecvene parazite.Singurele tipuride filtre taie-band utilizate n mod curent n CEM sunt filtrele de foarte joas frecven nmod diferenial (mod normal) i numite f i l t rele de armonic e.

Sunt compuse, n sistemul trifazat, din trei circuite L-C serie instalate direct ntrefaze. Ele scurtcircuiteaz, n general, armonicele de rang 5 i de rang 7. Aceste filtre suntutilizate cu succes n domeniul curenilor tari.

2.3.3. Filtre de armonice n electroenergetic

Regimurile deformante (nesinusoidale) ale sistemelor electroenergetice produc oserie de efecte nedorite care afecteaz buna funcionare a echipamentelor energetice. nprincipal, aceste efecte sunt:

creterea pierderilor de putere n materialele conductoare dielectrice i magneticedin componena echipamentelorelectrice; apariia supratensiunilor i supracurenilor de rezonan armonic n reelele

electrice; creterea solicitrilor de durat a bateriilor de condensatoare; creterea pierderilor tehnologice n reelele electrice de transport i de distribuie; apariia de pierderi suplimentare, de cupluri parazite i micorarea randamentelor

mainilor electrice asincrone i sincrone; accentuarea fenomenului de saturaie i apariia unor pierderi suplimentare n

transformatoare; perturbaii n funcionarea convertoarelor, punilor redresoare i a tehnicii de calcul;

producerea unor declanri intempestive ale circuitelor de protecie; micorarea sensibilitii i degradarea clasei de precizie a contoarelor de inducie i


31/68

31

a altor instrumente de msur.

2.3.3.1. Msuri pentru limitarea regimului deformant

Aceste msuri urmresc: reducerea curenilor armonici produi de anumii consumatori neliniari; modificarea rspunsului n frecven a sistemului n nodurile n care sunt racordai

consumatorii neliniari, prin realizarea unor scheme electrice de alimentare speciale; limitarea circulaiei curenilor armonici prin utilizarea unor instalaii specializate nreducerea sau chiar eliminarea acestor cureni.

Dintre aceste instalaii cele mai eficiente sunt filtrele de armonice.Fil trele de armonice sunt filtre de tip taie-band, formate din baterii de

condensatoare montate n serie cu o bobin i aduse la rezonan pe frecvena anumitorarmonice care urmeaz a fi diminuate sau chiar eliminate.

Un filtru acordat pe frecvena unei armonice constituie un scurtcircuit trifazat pentrucurentul armonic respectiv, n punctul n care este montat filtrul. Deoarece filtrul realizeazn punctul n care este montat, un potenial nul, el anuleaz i armonica de tensiunegenerat de curentul armonic respectiv.

Filtrele de armonice se monteaz n paralel cu consumatorul deformant, ca n figura 4.14.

a) b)Figura 2. 12. Montarea unui filtru de armonice pentru limitarea curentului deformant:

a). montarea n paralel a filtrului de armonice cu consumatorul deformant;b). schema electric echivalent.La rezonan, pentru armonica derang k, filtrul trebuie s satisfac relaia:

(2. 20)

unde:Linductivitatea bobinei, determinat pentru frecvena fundamentalei;

Ccapacitatea condensatorului (bateriei de condensatoare). = 2f1 - pulsaia undei de curent la frecvena, f1, a fundamentalei.

n practic, intereseaz cum se comport un filtru acordat pe frecvena armoniceide rang k fa de o alt armonic, de rang m, adic pentru o und de curent armonic defrecven mai mic sau mai mare dect frecvena armonicei de rang k.

Fa de armonica de rang m, un filtru rezonant pe armonica de rang k va avea:

(2. 21)

Adic:


32/68

32

(2. 22)

unde: Aun numr diferit de zero.Exprimnd capacitatea filtrului n funcie de inductivitatea sa i introducnd-o n

relaia de mai sus, avem:

(2. 23)

i, dup nlocuire:

( )(2. 24)

Analiznd aceast expresie se constat urmtoarele:Pentru m < k, rezult A < 0 , adic pentru armonice de rang mai mic, care au

frecvene mai reduse dect frecvena pe care a fost acordat filtrul, acesta se comport caun condensator (are caracter capacitiv);

Pentru m > k, rezult A > 0, adic pentru armonica de rang mai mare, care aufrecvene mai mari dect frecvena pe care a fost acordat filtrul, el se comport ca o bobin(are caracter inductiv).

Rezult c orice filtru rezonant pe o anumit frecven va amplifica armonicele defrecven mai mici i va absorbi, parial, armonicele de frecvene mai mari dect frecvenape care a fost acordat.

Cum fundamentala are rangul 1, adic are frecvena cea mai mic, orice filtru se vacomporta ca un condensator fa de fundamental, adic va produce putere reactivinductiv contribuind la compensarea necesarului de putere reactiv a consumatoruluideformant.

Filtrul va descrca reeaua de alimentare de o parte din puterea reactiv cu care arfi trebuit s se ncarce reducnd, astfel, pierderile de putere i de tensiune pe reeaua dealimentare i mrind tensiunea la bornele consumatorului.

Totodat, filtrul va crete i valoarea factorului de putere al consumatorului. Altfelspus, orice filtru va juca, fa de fundamental, rolul unei baterii de condensatoare pentrucompensarea necesarului de putere reactiv a consumatorului. De aceea, cnd semonteaz un filtru de armonice ntr-un nod de consum din sistemul electroenergetic,trebuie s se fac o corelare a capacitii sale de a debita putere reactiv cu celelaltemsuri adoptate n acel nod pentru mbuntirea factorului de putere.

2.3.3.2. Filtre de intrare

Pentru reducerea coninutului de armonici, n cazul unui CS dat, exist doumodaliti:

1. nserierea unor inductiviti pe intrarea convertotului, numite inductiviti(reactane) de linie sau de reea;

2. utilizarea filtrelor de armonici.

2.3.3.2.1. Reducerea armonicilor de curent prin introducerea reactanelorde linien general, reactanele pentru reducerea distorsiunii armonice a curentului sunt

nseriate pe partea de curent alternativ a acionrilor cu vitez variabil, n vecintatea

reelei de alimentare,aa cum este artat n figura 3a. Exist ns i posibilitateanserierii reactanelorcu sarcina (Figura 2. 13 Sistem de acionare electriccu reactane).


33/68

33

Figura 2. 13 Sistem de acionare electriccu reactane

Configuraii tipice ale unui pentru reducerea distorsiunii armonice a curentului

Simpla adugare a unor inductiviti, n serie pe partea de curent alternativ, poatereduce semnificativ distorsiunea curentului.

Aceste bobine permit trecerea componentei fundamentale i prezint oreactan important fa de armonicile superioare, producnd atenuarea acestora. Omsur a inductivitii introduse este mrimea adimensional numit impedanefectiv(notatcu le sauxe) idefinitprin relaia:

(2. 25)

Mrimile care definesc impedanaefectivsunt:1- pulsaiacorespunztoare frecvenei fundamentale;Linductivitatea introduspe faz;I1valoarea efectiva fundamentalei curentului;Uf- valoarea efectiva tensiunii de faz,presupusnedeformat.Este clar c, prin valoarea efectiv a fundamentalei curentului, impedanaefectiv

ine seama de reactanatotala liniei i nu numai de inductivitatea de linie.Valorile uzuale ale impedanei echivalente sunt de 3% - 5%.

Se menioneaz, de asemenea, c factorul total de distorsiune a curentului

corespunztor redresoarelor necomandate din componena convertoarelor statice detensiune i frecven (CSTF) este dependent att de inductana efectiv, ct i deponderea sa n totalul sarcinii n PCC, crescnd odat cu aceasta (tab. 2). Seconsidercrestul sarcinii, pnla 100%, este constituit din curent nedeformat.

Tabel 1

Ponderea sarciniin PCC [%]

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

THDile= 3%

[%] le=3% 4.4 9 13 18 22 27 31 35 40 44[%] le=5% 3.5 7 11 14 18 21 25 28 32 35

Tabel 1 Valorile de referin ale THDi n funcie de ponderea curentuluideformat n PCC pentru douvalori ale impedanei efective.

Spectrele de armonici i valorile factorului de distorsiune armonic obinute pentructeva valori ale reactanei echivalente montate la intrarea unui redresor trifazat npunte necomandat i o pondere a sarcinii n PCC de 100% suntreprezentate nTabel 1iFigura 2. 13 Sistem de acionare electriccu reactane.


34/68

34

Tabel 2Efectul reactanei de linie asupra armonicilor

Armonica de curent ifactorul dedistorsiune armonic

Impedanaechivalent

0.5% 3% 5%

I5 0.8 I1 0.4 I1 0.32 I1

I7 0.6 I1 0.16 I1 0.12 I1

I11 0.18 I1 0.073 I1 0.058 I1

I13 0.1 I1 0.049 I1 0.039 I1

I17 0.073 I1 0.03 I1 0.022 I1

I19 0.06 I1 0.022 I1 0.008 I1

THDI 1.025 0.441 0.35

Figura 2. 14 Spectrul de armonici al curentuluipentru trei valori ale reactaneiechivalente

mbuntirea formei de und a curentului prin inserarea unei reactane de reeaeste ilustratde figura 5.

Figura 2. 15Forma de unda curentului absorbit

Forma de und a curentului absorbit din reea de un redresor trifazat n puntenecomandat pentru douvalori ale reactanei echivalente

Pentru un redresor necomandat din componena convertorului static indirect detensiune i frecven, prezena condensatorului din circuitul intermediar determinunele particularitati.

Astfel, la curent de sarcinconstant, THDi nu variazmonoton n funcie devaloarea

inductanei de reea (fig. 5) i are dou puncte de extrem local, unul demaxim iunul deminim.


35/68

35

Figura 2. 16Variaia THDi

Variaia THDi n funcie de valoarea inductanei dereeapentru un CSTF indirect

Pentru valori ale inductanei de reea mai mari de 3.5mH, THDi tinde asimptotic ctrevaloarea corespunztoare undei dreptunghiulare, respectiv 31.08%. Influena deosebit a valoriiinductanei de reea este ilustrat i de formele de und ale curentului la intrarea redresorului(Figura 2. 17 Formele de und ale curentului de faz).

Figura 2. 17 Formele de und ale curentului de faz

Formele de und ale curentului de faz, pentru valori extreme aleinductivitiidereea: a) valoare mic;b) valoare mare

Este interesant, i are implicaii practice deosebite, faptul c apropierea de valoareaminimabsoluta THDi31.08%, se produce la valori ale inductivitiidereeamai mari sau egale cu4mH, iar valoarea corespunztoare punctului de minim(circa 35%) se obine cu o inductivitate de patru

ori mai mic(Figura 2. 16Variaia THDi).

Figura 2. 18

Forma de unda curentului de fazn punctul de minim local al lui THDi(a) i n punctul de maxim local al lui THDi (b)

Avantajele utilizrii reactanelor de reea sunt legate n special de preulredus i


36/68

36

mbuntirea gradului de proteciea convertoarelor statice din structurasistemului.ns, reducerea distorsiunii armonice este moderat, uneori insuficient i trebuie

sse inseama de cderea de tensiune i nclzirea provocate, mai ales la valori mari alereactanei.

2.3.4. Tipuri de filtre de armonice

Filtrele de armonice sunt de trei tipuri:1. filtre pasive;2. filtre active;3. filtre mixte (hibride)

2.3.4.1. Filtre pasive

Aceste filtre sunt compuse din elemente pasive de circuit (condensatoare ibobine) care prezint un factor de atenuare mic pentru anumite intervale de frecvenenumite benzi de trecere i un factor de atenuare foarte mare pentru celelalte intervale defrecvene, numite benzi de tiere. Filtrele pot fi realizate din una sau mai multe seciuni

de filtrare, legate n serie.Dup principiul de funcionare, aceste filtre pot fi grupate n dou categorii:

a. filtre refuante;b. filtre absorbante

Filtrele refulante se utilizeaz pentru protejarea anumitor consumatori de la medietensiune sau de la joas tensiune, care au, deja, instalat o baterie de condensatoarepentru compensarea necesarului de putere reactiv i mbuntirea factorului de putere.

Un filtru refulant se obine, n general, legnd n serie cu bateria de condensatoareutilizat pentru compensarea necesarului de putere reactiv, o bobin fr miez de fier (naer), de reactan Xb, astfel aleas nct reactana total a circuitului serie realizat, X= Xb - Xc , s aib caracter capacitiv pentru frecvena fundamental, iar pentru frecvenelemai mari dect cea fundamental, reactana total, X, s aib caracter inductiv. n (Figura2. 19 Modul de realizare a unui filtru refulant)se prezint modul de realizare a unui filtrurefulant.

Figura 2. 19 Modul de realizare a unui filtru refulant

Consumatorul , Zk, prevzut cu baterie de condensatoare pentru compensareanecesarului de putere reactiv;Realizarea filtrului refulant prin montarea, n serie cu bateria de condensatoare, a uneibobine.Filtrele absorbante sunt construite din condensatoare legate n serie cu bobine, elementelefiltrului calculndu-se astfel nct s se realizeze o rezonan serie pentru una sau maimulte armonice de rang superior. Pentru armonicele respective, aceste filtre au o


37/68

37

impedan foarte mic, astfel nct scurtcircuiteaz curenii armonici corespunztori.reelele electrice. n Figura 2. 21 Filtre absorbante se prezint un filtru absorbant pentruarmonicele de rang 5 i 7.

Figura 2. 21 Filtre absorbante

SEE montate n paralel cu consumatorul

deformant i cu bateria de condensatoare pentrucompensarea necesarului de putere reactiv.Filtrele suntacordate pe Xcompensare armonicele de rang 5 i,respectiv de rang 7.

Filtrele absorbante se monteaz, de obicei, independent de bateria decondensatoare pentru compensarea necesarului de putere reactiv.Dimensionarea filtrelor absorbante sa face, uzual, ncepnd de la armonica de rangul celmai mic (n mod obinuit, armonica de rang 5).Pentru filtrarea simultan a dou sau trei armonice se construiesc filtre absorbante deordin II i de ordin III, ca nFigura 2. 20 Filtre absorbante pentru eliminarea simultan adou sau trei armonicefiltru de ordin II; b) filtru de ordin III.

Diminuarea regimului deformant i compensarea necesarului de putere reactivsunt strns dependente pentru un consumator dat. De aceea, dimensionarea filtrelortrebuie fcut pornindu-se de la stabilirea necesarului de putere reactiv pentrucompensare, Qk, care trebuie instalat n bateria de condensatoare de compensare.Aceast putere reactiv poate fi mprit n dou: o parte s fie instalat n filtre i cealaltparte n bateria de condensatoare, dar exist i posibilitatea ca ntreaga putere s seinstaleze numai n filtre.

2.3.4.2. Filtre active

Filtrele active funcioneaz diferit de filtrele pasive, filtrarea armonicelor realizndu-se n timp, nu n frecven. Aceste filtre se cunosc sub denumirea APLC (Active Power

Line Conditioners) sau AHC (Active Harmonic Conditioners). Principiul lor de funcionareconst n injectarea n sistemul electroenergetic a unor unde armonice de curent devaloare egal, dar de semn contrar celor existente.Din punct de vedere constructiv, filtrele active au n componena lor un condensator i obobin (elemente de nmagazinare a energiei electromagnetice), un convertor static defrecven i un filtru de adaptare la regimul de funcionare.Filtrele active se amplaseaz n serie sau n paralel cu sursa de perturbaii armonice fielng consumatorii deformani, fie la furnizorul de energie electric. Eficiena filtrrii semrete dac se utilizeaz simultan filtre n serie i n paralel.

Soluiile prezentate pn aici sunt destinate numai pentru anumite armonici:transformatorul de izolare numai pentru armonicile de rang multiplu de trei i filtrele pasivenumai pentru frecven

armonici-filtre

Documents