Calitatea energiei electrice, considerente practicePentru noi, consumatorii, pare fireasc cerina privind calitatea energiei electrice. Pentru furnizori, urmrirea calitii are mai multe aspecte i direcii: pe de o parte, premisa fidelizrii clienilor, pe de alt parte (spre interior), faptul c, astfel, depistarea prompt a anomaliilor ajut la mentenana echipamentelor i instalaiilor de producere/transport (iar pe termen lung devine util i din perspectiva investiiilor sau a altor decizii strategice). n plus, aspectul asigurrii calitii energiei electrice va deveni tot mai important i mai complicat, pe msur ce n mixul energetic vor aprea tot mai multe surse cu discontinuiti n generarea electricitii (ferme de turbine eoliene, instalaii fotovoltaice conectate la ,,grid, etc).Motive interne: tactice i strategiceMonitorizarea calitii energiei electrice produse i/sau furnizate are, n primul rnd, o raiune din perspectiva dispecerizrii reelelor energetice. Pentru a putea furniza energie n condiii normale ctre consumatori n agregri largi (campusuri, ntreprinderi, orae, regiuni, ri), trebuie inut cont de variaiile de flux care apar n aceste sisteme: pe de o parte fluctuaiile n generarea electricitii (date de discontinuitatea resurselor, fie ele convenionale sau nu, precum n cazul hidrocentralelor), pe de alt parte variaiile de consum (vrfuri/goluri de sarcin ,,circadiene, sau vrfuri (a)ritmice ale consumatorilor industriali). Dispecerizarea unui sistem energetic presupune urmrirea (proactiv sau reactiv a) acestor variaii i, respectiv, echilibrarea/compensarea lor prin angajarea/decuplarea de resurse energetice din reeaua supervizat. (Dac s-ar neglija aceste fluctuaii, n generare i n consum, atunci fie ar trebui ca reeaua s fie proiectat mult supradimensionat, fie am accepta faptul c generatoarele, transformatoarele i infrastructura de transport vor suferi defecte mai dese i o uzur mult accelerat.)O alt raiune tactic pentru urmrirea calitii energiei de ctre furnizor const n facilitatea de a diagnostica i evalua instalaia electric: anumite abateri de la valorile nominale ale parametrilor monitorizai pot revela defecte sau stri de uzur, iar dispecerii pot declana prompt aciuni de mentenan (deseori nainte de apariia unor efecte disruptive, cu consecine grave). Astfel, obinem minimizarea ntreruperilor i reducerea costurilor de ntreinere.Importana problematicii calitii energiei electrice va crete odat cu descentralizarea sistemelor energetice, cptnd, totodat, valene diferite de cele specifice SEN, (Sistemul Energetic Naional) att din perspectiva pieei energiei competiia ntre productori/furnizori va impune (teoretic) standarde nalte de calitate ct i din punct de vedere tehnico-economic prin integrarea de resurse energetice cu profile de lucru diferite.Dintr-o perspectiv mai ampl, se poate observa c asigurarea calitii este cumva i o premis pentru creterea eficienei n generarea i transportul energiei electrice (sau c, oricum, la un nivel bazal, cele dou se coreleaz ntreptruns).Dac datele jurnalizate privind calitatea energiei electrice sunt stocate pe termen ceva mai lung, ele pot constitui obiect de ,,data mining (OLAP, n jargon informatic) pentru a ,,stoarce informaii ce pot fi angajate n decizii strategice ale operatorului energetic (decizii economice privind abordarea mentenanei, decizii privind investiii de extindere, de modernizare sau de alte schimbri).O alt chestiune este cea a certificrilor, prin care trebuie s treac operatorul, sens n care trebuie urmrite att standardele de baz din domeniul energetic ct i directivele/recomandrile organismelor internaionale (cu referine precum EN5160, IEC61000-4-30, IEC61000-4-15 i IEC61000-4-7) .Cauze ale perturbaiilor de calitatePentru sistemele electroenergetice actuale (folosind curent alternativ trifazic) abaterile de la normalitate pot nsemna: fluctuaii ale nivelului tensiunii electrice; fluctuaii ale frecvenei (devieri de la valoarea nominal de 50Hz); apariia de distorsiuni armonice; apariia de supratensiuni tranzitorii; dezechilibre de sarcin (ntre cele trei faze); sarcini reactive (circulaie de puteri reactive) etc.Dezechilibrele de sarcin n sistemele trifazate nseamn c pe una dintre fazele circuitului electric consumul este semnificativ mai mare/mic dect pe celelalte. Ori, un curent electric diferit poate determina, la rndul lui, un dezechilibru de tensiuni trifazate, constituind, deci, potenial duntor pentru anumii consumatori (precum facilitile folosind motoare electrice trifazate). n reelele dispecerizate, apariia/semnalarea unui dezechilibru de sarcin trifazat poate fi corectat prin distribuirea sarcinilor ntre faze. Ca msur permanent se poate recurge la instalarea de transformatoare speciale sau de compensatoare VAR statice controlate electronic.Apariia n reeaua electric a curenilor armonici (semnale de alt frecven dect cea nominal, de obicei n multipli armonici) se datoreaz sarcinilor neliniare (consumatori de putere cu comportament anormal; la cuplri/decuplri de consumatori mari). O alt cauz de ivire a semnalelor armonice este i folosirea de invertoare pentru conversia din c.c. n c.a (n cazul unor surse de energie ,,verde), a cror comutaie (orict de avansat vedei diversele tehnici PWM) nu poate genera o sinusoid perfect. Circulaia acestor cureni ,,parazii poate determina supranclzirea unor componente ale instalaiei electrice (transformatoare, motoare, conductoare), declanarea unor echipamente de comutaie/protecie, precum i accentuarea general a procesului de mbtrnire a instalaiei. Pentru evitarea acestor probleme se recurge la instalarea n reea a filtrelor armonice (filtre TJ, care blocheaz trecerea curenilor de frecvene nalte).Supratensiunile tranzitorii se ,,manifest ca vrfuri de semnal (adic un adaos brusc la semnalul electric normal), fiind, deci, periculoase pentru sistemul electric din multe perspective. O astfel de supratensiune poate aprea n sistem printr-o descrcare electrostatic (de exemplu, un fulger) sau printr-un fenomen rapid de rezonan aprut i propagat n reea (auto-oscilaie cu amplificare brusc prin reacie pozitiv, fenomen aprut, eventual, prin comutaii n aval/amonte). Pentru atenuarea acestei supratensiuni se monteaz n sistem componente speciale de protecie (descrctoare cu varistoare/VDR, protecii cu disjunctor diferenial etc).ns, probabil c sursa cea mai frecvent de perturbaii n sistem/reea o constituie simpla comutare (cuplare/decuplare) a consumatorilor semnificativi. Cnd se cupleaz o sarcin mare, variaia curentului electric determin o scdere a nivelului tensiunii, ceea ce provoac, n cascad, alte perturbaii n sistem. La acest gen de probleme nu prea exist rezolvare perfect, dar, prin cteva msuri/abordri de proiectare, aspectele pot fi inute n limite rezonabile. De reinut aici un aspect foarte interesant din perspectiva monitorizrii calitii energiei: dac subsistemul (SCADA) de monitorizare a parametrilor din reea poate capta valorile eseniale (tensiune, curent i frecven) cu o rat mare de eantionare (cu o frecven capabil s reveleze inclusiv formele de und, precum osciloscopul, deci ntr-o condiionare Nyquist), atunci analiznd acele forme de und se pot deduce care sunt aspectele ce determin apariia accentuat a perturbrilor datorate comutaiei i se pot lua msuri de finee pentru diminuarea acestora.Piederi de energie datorate perturbaiilorUtilizarea optim a sistemului electric trifazat presupune ca tensiunile i curenii pe cele trei faze s aib forme (de semnal) pur sinusoidale i s nu existe defazaj ntre tensiune i curent. ns, n realitate, aceste condiii nu sunt uor de meninut, iar cu ct ne ndeprtm de la ele, cu att pierderile de energie sunt mai mari (i, deci, sistemul devine mai ineficient i mai vulnerabil). Trecem peste aspectul subneles c principala cauz de pierderi este rezistena conductorilor din sistem/reea, pentru c nu putem crete orict seciunea conductorilor sau conductibilitatea materialului din raiuni economice (i, n general, pierderile sub 3% se consider acceptabile).Dezechilibrele de sarcin (cauz menionat anterior) determin i pierderi, contoarele de energie nregistrnd valorile de la faze, indiferent de (in)eficiena exploatrii acestora. De asemenea, curenii armonici sunt nregistrai chiar dac ei nu contribuie constructiv n instalaie (de exemplu, nu genereaz cuplu n motoarele electrice).Existena n reea/sistem a sarcinilor reactive determin i ea pierderi de energie. Acel decalaj ntre faza semnalului tensiune i cea a semnalului curent apare atunci cnd consumatorii au caracter inductiv/capacitiv. Mainile electrice (motoare, transformatoare) constituie o sarcin inductiv (avnd bobine: nfurri electrice cu/fr miez magnetic) i acestea determin curentul s rmn n urma tensiunii electrice. Apare, astfel, o circulaie de putere reactiv prin sistem/reea, care nu contribuie efectiv i util la exploatarea energiei electrice, ns care determin pierderi i uzur. (Aici gsim dinstincia dintre unitile de msurare ale puterilor: VA (volt*amper de energie util); W energie real (W=V*A*cos), unde este chiar defazajul unghiular dintre curent i tensiune i care, ideal, trebuie s fie nul (cos0=1).)Mai putem lua n calcul i pierderile determinate de curenii care circul prin conductoarele de nul/neutru/protecie, ce apar ca efecte secundare ale dezechilibrelor de sarcin. i ne oprim, deocamdat.Reinem c exist, deja, o pia a dispozitivelor destinate depistrii pierderilor de energie din sistemele electrice (de obicei dispozitve mobile/portabile conforme cu standarde gen EN50160), capabile s evidenieze pe loc (pe teren, n diverse puncte din instalaie/reea), printr-o interfaare vizual profesional i, totodat, sugestiv, situaiile de interes finite (forme de und pentru tensiuni i cureni, puteri active, reactive, dezechilibre, prezena armonicelor, .a.).Implicarea informaticiiOdat ce am contientizat importana monitorizrii calitii energiei electrice putem merge mai departe: da, avem n sistem/reea traductoare/senzori care s ne furnizeze valorile parametrilor importani n evaluarea/auditarea calitii (tensiuni, cureni, frecvene, puteri, cos, temperaturi etc); avem i console prin care oamenii pot urmri aceste ,,faete primare ale calitii (HMI-Human Machine Interface Interfa Om Main); i avem, eventual, aplicaii software capabile s ,,neleag aceti parametri, s semnaleze situaiile deficitare sau chiar s declaneze automat proceduri de normalizare. Dac sistemul energetic este asistat de un sistem informatic capabil s memoreze (stocheze) astfel de date pe durate de timp mai lungi (i cu citiri din mai multe puncte cheie ale sistemului/instalaiei), atunci pe lng facilitile ordinare, precum cele de cuantificare a costului pierderilor de energie pot fi angajate interesante aspecte suplimentare. (Dac urmrirea calitii furnizate se face (i) cu dispozitive mobile, atunci trebuie asumat descrcarea/preluarea i centralizarea datelor din jurnalele acestora, n vederea agregrii lor n analize mai ample.)Acumularea mulimii de date, parametrii-jurnal din diverse locaii, constituie un ,,volum multi-dimensional capabil de analize OLAP (analize de nuan statistic aplicate din mai multe perspective, adic lund ca scal/referin mai multe aspecte/dimensiuni). Se pot, astfel, extrage date noi, cu semnificaie tehnico-economic imediat (pentru decizii operaionale sau executive), sau date implicabile n analize ulterioare. Logica implementat n software poate corela astfel de date, poate genera informaii noi, cu sensuri mai puin ordinare. Se poate ajunge la nelegerea profilelor consumatorilor cu potenial de afectare a calitii (cu ocuri mari la cuplare/decuplare, cu specific reactiv substanial) i respectiv la simularea efectelor aplicrii de contramsuri specifice.Oricum, problematica urmririi i asigurrii calitii energiei electrice este prea ampl pentru a fi consumat ntr-un singur articol.