compensarea armonicilor de curent

Download Compensarea armonicilor de curent

Post on 05-Mar-2016

44 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Îmbunătăţirea soluţiei de compensare a armonicilor de curent produse de consumatori neliniari.

TRANSCRIPT

Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea de Inginerie Electrica

mbuntireasoluiei de compensare a armonicilor de curent produse de consumatorineliniari

mbuntireasoluiei de compensare a armonicilor de curent produse de consumatorineliniari

mbuntirea soluiei de compensare a armonicilor de curent produse de consumatori neliniari

~ Cercetare - Semestrul III ~

Masterand:Coordonator: Alexandra IONESCUl.dr.ing. Ana-Maria DUMITRESCUEPA II

Cuprins

ntroducere3Capitolul 1. Cauze i efecte ale armonicilor41.1.Generarea armonicilor41.2.Probleme determinate de armonici i probleme la nivelul instalaiilor51.3.Msuri pentru limitarea armonicilor51.3.1Filtre pasive61.3.2Transformatoare de izolare61.3.3Filtre active6Capitolul 2. Filtre active de reea62Filtrele active serie83Filtrele active paralel84Filtru hibrid8Capitolul 3. Analiza armonicilor de curent9Capitolul 4. Compensarea armonicilor de curent125. Observaii i concluzii18Bibliografie20

Introducere

Problemele de calitate a energiei electrice, importante pentru funcionarea sistemelor energetice n ansamblu, au cptat n ultimii ani o actualitate i o importan deosebit mai ales datorit apariiei unor consumatori din ce n ce mai sensibili la perturbaii. In urma cu zece ani, armonicele nu erau inca considerate o problema reala deoarece efectele lor asupra retelelor de distributie erau in general minore. Introducerea masiva a electronicii de putere in echipamente electrice a facut ca acest fenomen sa ia amploare in toate sectoarele de activitate din prezent.Aceast situaie a fcut s existe o preocupare permanent pentru calitatea energiei electrice, planificarea i monitorizarea acesteia, standardizarea emisiilor perturbatoare i stabilirea de niveluri de compatibilitate pe plan internaional. Armonicile n instalaiile electrice rezult datorit curenilor i o mare parte datorit efectelor nocive. Atunci cnd armonicile se propag prin sistemul de distribuie, n laturile reelei acestea se regsesc ca i tensiuni [2].Armonicile cel mai frecvent intalnite in retelele de distributie trifazate sunt cele impare. n mod normal amplitudinea armonicilor scade pe masura ce frecventa creste. Peste ordinul 50, armonicile sunt neglijabile si masuratorile nu mai au nici o semnificatie. Masuratori suficient de precise se obtin masurand armonicile pana la ordinul 30.Serviciile publice de electricitate monitorizeaza armonicile de ordin 3, 5, 7, 11 si 13. n majoritatea cazurilor tratarea armonicilor de ordin mic este suficienta pentru rezolvarea problemelor. Cele mai exigente conditii iau in considerare armonicile pana la ordinul 25 atunci cand se implementeaza metodele de comanda si control.Pentru o analiza cat mai precisa este utila determinarea factorului total de distorsiune (Total harmonic distortion - THD) chiar dac se cunoate spectrul armonicilor de cureni in cadrul sistemelor electrice.Studiile internationale bazate pe datele colectate in diferite retele electrice de distributie au permis estimarea armonicilor tipice ce pot fi intalnite in majoritatea retelelor electrice si au stabilit anumite nivele care nu ar trebui depasite.

Capitolul 1. Cauze i efecte ale armonicilor

1.1. Generarea armonicilorPrezenta armonicilor indica o forma de unda distorsionata a curentului sau a tensiunii. Forma distorsionata a undei de curent sau tensiune inseamna ca distributia energiei electrice este perturbata iar calitatea energiei electrice nu este cea optima. Curentii armonici sunt produsi de sarcinile neliniare conectate la reteaua de distributie.Aparatele si sistemele care produc armonici sunt prezente in toate sectoarele cum ar fi cel industrial, comercial si rezidential, acestea fiind produse de sarcini care absorb un curent cu o forma de unda diferita de forma de unda a tensiunii de alimentare.Exemple de sarcini neliniare: echipamente industriale (aparate de sudura, cuptoare cu arc, cuptoare cu inductie,redresoare); variatoare de viteza pentru motoare asincrone sau de curent continuu; surse neintreruptibile (UPS-uri); echipament de birou (computere, copiatoare, fax-uri, etc.); aparate casnice (televizoare, cuptoare cu microunde, iluminat fluorescent); aparatura necesitand saturatie electromagnetica (transformatoare). [3].

Armonicele de tensiune sunt produse la randul lor de circulatia armonicilor de curent prin impedantele circuitului de alimentare (transformator si reeaua de distributie pentru situatii similare celei aratate in Fig. 1).

Figura 1. Schema monofilara aratand impedanta circuitului de alimentare pentru o armonica de ordinul h.Reactanta unui conductor creste in functie de frecventa curentului care circula prin acel conductor. Pentru fiecare armonica de curent de ordin h exista deci o impedanta Zh a circuitului de alimentare. Cand armonica de curent de ordin h circula prin impedanta Zh, se creaza o armonica de tensiune Uh.

Tensiunea in punctul B este deci distorsionata. Toate aparatele alimentate prin punctul B primesc o tensiune distorsionata. Pentru o armonica de curent data, distorsiunea este proporionala cu impedanta retelei de distributie.

1.2. Probleme determinate de armonici i probleme la nivelul instalaiilor

De regul curenii armonici determin probleme la nivelul distribuiei i la nivelul instalaiilor. Efectele i soluiile lor sunt diverse i sunt tratate separat, astfel c msurile necesare pentru ca efectele s fie controlate la nivelul instalaiilor, nu asigur n mod necesar i reducerea distorsiunilor determinate de reeaua de alimentare i invers [3].

Exist tipuri distincte de probleme generale determinate de armonici precum:1. Problemele determinate de curenii armonici [2]: suprancrcarea conductorului de nul de lucru; supranclzirea transformatoarelor; acionarea intempestiv a ntreruptoarelor; suprasolicitarea condensatoarelor pentru corecia factorului de putere; efect pelicular n conductoare.

2. Problemele determinate de tensiunile armonice [2]: deformarea curbei tensiunii; motoarele de inducie; perturbaii la trecerea prin zero a curbelor.

Cea mai simpla solutie de evitare a arminicilor de curent este cea de separare a circuitelor care alimenteaz sarcini ce genereaz armonici, de cele care alimenteaz sarcini sensibile la armonici, exist circuite separate ce alimenteaz sarcinile liniare i cele neliniare din punctul comun de cuplare, astfel nct distorsiunea de tensiune datorat sarcinii neliniare s nu afecteze sarcina liniar [2].1.3. Msuri pentru limitarea armonicilor

Metodele de limitare sunt mprite astfel: filtre pasive, transformatoare de izolare i reducere a armonicilor i filtre active. Fiecare opiune prezint avantajele i dezavantajele sale, astfel c nu este ceva standard.1.3.1 Filtre pasiveFiltrele pasive sunt folosite pentru a realizarea unei ci de impedan redus pentru curenii armonici astfel ca ei s poat s circule n filtre i nu n sistemul de alimentare.Acest filtru poate fi utilizat pentru o singur armonic sau pentru o serie de armonici [2].1.3.2 Transformatoare de izolareLa fel ca i n cazul efectelor n transformatoare, curenii de rang multiplu de trei au un traseu circular n nfurrile triunghi ale transformatoarelor. Chiar dac este o problem a fabricanilor de transformatoare i a utilizatorului, aceasta poate fi un avantaj pentru proiectantul de sistem deoarece armonicile de rang multiplu de trei sunt izolate fa de alimentare.Acelai efect se poate obine utiliznd transformatoare cu conexiune zig-zag, unde transformatoarele zig-zag sunt de fapt autotransformatoare cu conexiune stea, avnd nfurrile conectate n paralel cu reeaua de alimentare cu o defazare particular a tensiunilor rezultate [2].1.3.3 Filtre activeFiltrul activ este un echipament de tip unt n care un transformator de curent msoar coninutul armonic al curentului de sarcin i comand o surs de curent s genereze o copie exact a curentului care va fi injectat n perioada urmtoare.Curentul armonic este generat de filtrul activ i numai curentul fundamental este absorbit din reeaua de alimentare [2].Asadar aceste sisteme cuprind electronica de putere si instalate in serie sau in paralel cu sarcina neliniara, compenseaza curentul sau tensiunea armonica absorbita de catre sarcina.Capitolul 2.Filtre active de reeaEchipamentele de limitare a armonicilor pot fi destinate pentru a satisface cerinele furnizorilor de sau de a rezolva problemele ridicate de curentul armonic n instalaie [4].n locurile unde sunt n funciune echipamente informatice (IT), toate armonicile impare existente determin probleme, precum suprancrcarea conductorului neutru cu armonici de rang multiplu de trei. Aceste probleme pot fi evitate printr-o proiectare corespunztoare, prin dimensionarea corect a cablurilor la instalarea lor [4].Utilizarea filtrelor pasive esteposibil, ns este dificil de proiectat un circuit pasiv eficient, de filtrare pentru armonica de rang trei. Un filtru pasiv va rspunde numai la armonicile pentru care a fost proiectat, nct vor fi necesare noi circuite de filtrare individuale pentru alte frecvene armonice nedorite. Atunci cnd spectrul armonic se modific, este necesar reamplasarea sau suplimentarea filtrului pasiv. Transformatoarele n zig-zag sau transformatoarele n triunghi de izolare sunt eficiente contra armonicilor cu rang multiplu de trei, dar nu au efect asupra altor armonici. n aceste cazuri, utilizarea filtrelor active reprezint o soluie foarte bun [3].n mod convenional, filtrele pasive sunt folosite pentru compensarea armonicilor de curent, dar sufer de problema de rezonanelor serie i paralel precum i dependena de performan a acesteia asupra impedanei surse. Aceste dezavantaje pot fi depite prin utilizarea filtrelor de putere activ, care au fost pe larg cercetate pentru compensarea armonicilor [1].Principiul unui filtru activ este foarte simplu. Folosind electronica de putere pentru generarea armonicilor de curent electric cerute de sarcina neliniar, sursa normal de alimentare este dest