curs cee

Managementul calitii energiei

1

Curs 1

MANAGEMENTUL CALITII PROCESELOR ENERGETICE

1.1. Conceptele calitii

Aspectul strategic al calitii a rezultat ca o consecin a evoluiei sistemului economic, marcat de:

- impactul unor crize economice majore; - evoluia mediului concurenial, n sensul schimbrii continue a exigenelor pieei.

Tendinele de evoluie ale contextului general economic i social conduc la definirea calitii n raport cu mediul global. Un sistem de management al calitii este un sistem care solicit participarea tuturor la ameliorarea calitii, idee fundamentat pe principiul: toate erorile au o surs uman, oricare ar fi cauza.

Argumentarea acestor afirmaii are la baz urmtoarele observaii: 1. Erorile apar n toate sectoarele, nu numai n cel productiv soluia de ameliorare a

calitii doar n domeniul productiv ineficient. 2. Erorile sunt puse de obicei pe seama lipsei de cunotine, a mijloacelor sau

informaiilor. Fals: n proporie de 80% erorile sunt cauzate de lipsa de atenie i doar n 20% de lipsa de mijloace/cunotine.

3. Analiza implicaiei erorilor relativ la structura ierarhic a ntreprinderii pune n eviden c erorile produse la nivelul conducerii superioare sunt cele mai grave, ele afectnd ntreaga organizaie.

4. Prevenirea i mai ales corectarea erorilor implic probleme de comportament (n loc de nu pot/nu tiu se rspunde da, fr execuie).

Sursele erorilor: 55% management; 25% personal; 20% lips cunotine/mijloace.

O abordare modern a conceptului calitii se face din perspectiva poziiei ocupte de calitate n triunghiul cost-productivitate-calitate. Contextul economic actual nu mai accept compromisul ntre cost i productivitate, n dauna calitii, ci doar un compromis global.

Aceasta presupune o modificare cultural major la nivelul ntreprinderii.

Conceptele calitii includ: - o definiie - un sistem - un standard - un sistem de msur

Definiia calitii

Cuvntul calitate provine din latin qualis, care are nelesul de fel de a fi. Un punct de vedere mai larg acceptat n definirea calitii l reprezint valoarea de

ntrebuinare, care reprezint totalitatea nsuirilor care fac ca un produs s fie util omului. O norm francez definete calitatea ca aptitudinea unui produs sau serviciu de a

satisface necesitile utilizatorilor.


2

Deci definiia calitii pleac de la ideea c orice activitate este proces care are un client i un furnizor. Aceast relaie creat are la baz definirea unor exigene.

Exigene = ceea ce beneficiarul reclam ca fiind necesar pentru a satisface necesitile sale.

Calitate = conformitate cu exigenele

Satisfacerea exigenelor nseamn att satisfacerea clientului, ct i a beneficiarului - ea este n msur s satisfac clientul i astfel s-i ating finalitatea.

n procesele de negociere trebuie evitate erorile de nelegere a noiunii de exigen, n sensul c furnizorul nu este obligat s satisfac toate capriciile clientului; trebuie acordat o atenie deosebit nevoilor legitime ale clientului, care sunt n conformitate cu posibilitile furnizorului i sunt evident, acceptabile pentru client.

Pentru eliminarea ambiguitilor, exigenele trebuie s fie: msurabile, prestabilite i formalizate printr-un acord contractual.

Calitatea nseamn astfel respectarea exigenelor, deci respectarea unui contract.

Sistemul calitii

n contextul economic actual, ameliorarea calitii reclam instituirea unui sistem preventiv, nu numai corectiv.

Prevenirea presupune gestionarea fluxurilor materiale i informaionale care alimenteaz procesul i a indicatorilor de pilotaj ai procesului. n consecin, i este aferent un cost. Acest cost trebuie privit ns ca o investiie productiv, pentru obinerea conformitii i nu ca o cheltuial.

Standardul calitii

Definirea calitii n raport cu exigenele permite definirea conceptului ZERO DEFECT sau ZERO ABATERE, n raport cu exigenele, pentru a exprima raportul ntre ceea ce s-a obinut i ceea ce a fost convenit. Aceasta reprezint standardul calitii totale.

ZD nseamn respectul angajamentului i refuzul defectului, fiind un criteriu de apreciere clar i definit n raport cu nite exigene clare. Standardul ZD, prin esena lui refuzul rebutului presupune un efort continuu de ameliorare a proceselor. Astfel, ZD nu nseamn neaprat perfeciunea, ci respectarea unor tolerane. Nivelul severitii exigenelor evolueaz n timp i depinde de client, de pia, de concuren, de tehnologii.

Nu trebuie confundate exigenele cu caracteristicile tehnice sau cu performanele. Conceptul ZD nu trebuie raportat la un obiectiv, deoarece acesta nu este formalizat,

poate fi redefinit n timp i poate admite erori. ZD relativ la produsul final implic ZD n fiecare etap de elaborare a produsului

respectiv.

Msura calitii costul total al calitii Tradiional, se vorbete despre costurile calitii ca despre o cheltuial necesar, pentru

a obine calitatea. n sensul calitii totale, se vorbete de Costul Total al Calitii (CTQ), cu dou componente:


3

1. costul conformitii (costul obinerii conformitii COC) include costul prevenirii defectelor i inspecia conformitii;

2. costul neconformitii (CNC) costul defectelor n sine, interne (detectate la productor) i externe (detectate de/la beneficiar).

CTQ = COC + CNC Costul total al calitii reprezint att un instrument de msur, constituind un indicator sintetic, obiectiv i general, ct i un instrument de gestiune, permind determinarea prioritilor i evaluarea rezultatelor. Costurile de funcionare ale ntreprinderii cuprind:

- costul activitii (CA) - ceea ce cost lucrul bine fcut de prima dat i de fiecare dat; - costul total al calitii (CTQ). CF = CA + CTQ

Costul de obinere al conformitii reprezint, n fapt, costul obinerii standardului ZD, deci reprezint o investiie, n vreme ce costul neconformitilor reprezint o cheltuial suportat ca urmare a abaterii de la exigenele convenite.

COC nglobeaz costul prevenirii defectelor (previziuni, analiza proceselor, ntreinere preventiv, calificarea/formarea personalului, evaluri,) i costul evalurilor (testarea prototipurilor, urmrirea furnizorilor, inspecia calitii,). CNC nglobeaz costul neconformitilor interne (rebuturi, stocuri excesive, etc.) i respectiv costul neconformitilor externe detectate la beneficiar (reclamaii, garanii, penaliti,).

Obiective ale sistemului costului total al calitii - identificarea i evaluarea surselor neconformitilor; - orientarea eforturilor prioritar spre disfuncionalitile cele mai costisitoare; - urmrirea consecvent a impactului global al efortului de ameliorare; - atingerea obiectivului fundamental: satisfacerea clientului asigurndu-se concomitent

rentabilitatea ntreprinderii. Sistemul corectiv al calitii este caracterizat de existena unui cost minimal, specific

unui anumit nivel de calitate. Un nivel calitativ superior acestei referine antreneaz o cretere a costului total al calitii, datorit dependenei exponeniale a costului de control i evaluare a calitii de nivelul de calitate. n sistemul preventiv al calitii, costul de control i evaluare este complet nlocuit de costul de prevenire a apariiei defectelor (cazul ideal). n consecin, calitatea poate fi mbuntit fr a antrena creterea costului total al calitii i deci ameliorarea continu a calitii nu numai c este posibil, dar are i sens.

1.2. Pilotajul proiectului calitii

Pentru a conferi calitii un nivel strategic egal cu cel al costurilor i productivitii, presupune implicarea managementului n parcurgerea urmtoarelor etape:

1. nelegerea mizei 2. Angajarea n procesul calitii 3. Cunoaterea situaiei 4. Eliminarea i prevenirea neconformitilor 5. Comunicare 6. Perseveren

1.3. Conceptul de asigurare a calitii la nivelul sistemelor de energie


4

Managementul calitii definete n mod generic modalitatea de a conduce strategic, eficient, performant i profitabil resursele disponibile ale unei firme. Oferta de produse i servicii de nalt calitate furnizat de concurenii tradiionali, dar mai ales de noii ofertani, care au gsit n promovarea calitii o strategie de a ptrunde pe pia, au condus la exigene sporite privind calitatea din partea companiilor, dar i la nivel de individ, care au condus la urmtoarele msuri:

- iniierea unei revoluii pentru ameliorarea calitii; - asigurarea c performana de calitate corespunde ntotdeauna exigenelor clienilor.

1.3.1. Metodologia de rezolvare a problemelor Cunoscut sub sintagma CRIME, include 5 etape:

1. Caracterizarea situaiei (descrierea corect i obiectiv a situaiei i sistemului de msuri);

2. Repararea (mascarea problemei n exterior, nu rezolvarea ei - aciune asupra efectului, nu cauzei) ;

3. Identificarea cauzei problemei; 4. Materializarea aciunilor corective; 5. Evaluare, urmrire, standardizare. Instrumentele managementului calitii:

= analiza situaiei + rezolvarea problemei.

Ex. Metoda QQQQCP (engl. 5Ws + H) 1. Qui (Who) Cine este implicat n aciune? 2. Quoi (What) Ce s-a ntmplat, care este obiectul aciunii? 3. Ou (Where) Unde s-a ntmplat (localizarea spaial a aciunii)? 4. Quand (When) Cnd s-a ntmplat (localizarea temporal a aciunii)? 5. Comment (How) Cum s-a ntmplat? 6. Pourqoui (Why) De ce, pentru ce s-a ntmplat?

1.3.2. Promovarea unui sistem de calitate a energiei

Sistemele electroenergetice coninnd obiective de importan strategic, s-au erijat mult vreme n monopol de stat, aparent lipsind preocuparea privind mbuntirea calitii. Dezvoltarea sectorului privat i spargerea n companii independente nu a ntrziat, ea reclamnd reducerea costurilor i adoptarea soluiei de angajare i susinere a politicii calitii.

Cererea crescnd de energie electric i consecutiv, extinderea instalaiilor electroenergetice, schimbarea structurii agenilor energetici, creterea numrului de receptoare de energie electric de mare putere (cu caracter neliniar i nesimetric al sarcinii) conduc l nrutirea calitii energiei electrice, cu serioase implicaii asupra regimurilor de funcionare a reelelor i consumatorilor, deopotriv.

Implicaii: - creterea pierderilor de putere i energie n elementele SEE; - suprancrcarea elementelor SEE i creterea puterii necesare echipamentelor

electrice; - reducerea duratei de funcionare a instalaiilor electrice prin creterea uzurii

acestora; - perturbarea funcionrii normale a produciei industriale i rebuturi n producie; - declanri eronate ale proteciilor prin relee i ale automatizrilor; - ntrerupere funcionrii sau avariere instalaiilor electronice de conducere i a

tehnicii de calcul;


5

- perturbaii n liniile de telecomunicaie etc.

CEE rmne o problem complex i controversat, datorit multitudinii de factori care o influeneaz, interdependenei acestora, lipsei metodelor i mijloacelor de obinere rapid i precis a informaiilor, referitoare la indicatorii de CEE.

Orientri actuale: - stabilirea nomenclatorului de indicatori de CEE i definirea lor riguroas; - stabilirea unor norme raionale, obinute din calcule tehnico-economice, pentru

valorile admisibile ale indicatorilor CEE; - realizarea de mijloace de msurare specializate pentru indicatorii CEE, pentru

creterea gradului de observabilitate; - realizarea i amplasarea judicioas a mijloacelor tehnice de ameliorare a CEE, n

vederea creterii gradului de controlabilitate n acest domeniu.

Rezultate ale implementrii sistemului de calitate - respectarea angajamentelor contractuale; - respectarea meninerii stricte n parametrii stipulai n contractul de furnizare a

energiei electrice; - efectuarea de servicii ctre consumatori de o calitate ireproabil i operativ; - compatibilitatea electromagnetic; - reducerea costurilor de producie i furnizare; - stimularea creterii consumului; - disponibilitatea la export; - opiunea pentru interconexiune.

Condiii de alimentare calitativ a consumatorilor: - condiia de continuitate - condiia de frecven - condiia de tensiune - condiia de simetrie a sistemului trifazat - condiia de puritate a curbelor de tensiune i curent - condiia de risc.


6


1

Curs 2_1

Aspecte generale referitoare la calitatea energiei electrice

Cuprins

1.1 Introducere......2 1.2 Obiect...2 1.3 Definiii..2 1.4. Cauzele i efectele perturbaiilor n RE...7


2

1. Introducere

Termenul de calitate a energiei electrice (power quality) a fost utilizat cu precdere dup anul 1980. El reprezint un generic acoperitor pentru considerarea influenei unui numr mare de perturbaii electromagnetice care pot s apar n SEE (n special la m.t. i j.t.). Sintagma ns nu este unanim acceptat pe plan mondial.

Calitatea energiei electrice: termenul a fost propus n S.U.A. de IEEE i reprezint conceptul alimentrii i legrii la pmnt a echipamentelor sensibile, ntr-un mod care s permit funcionarea lor corect. Termenul este utilizat ntr-un sens mai larg ns, referindu-se att la problema polurii armonice generat de sarcinile neliniare, ct i la alte tipuri de perturbaii electromagnetice aprute n SEE.

Compatibilitate electromagnetic (electromagnetic compatibility): termenul este utilizat de CEI i reprezint aptitudinea unui echipament sau sistem de a funciona satisfctor n mediul su electromagnetic, fr a induce perturbaii inacceptabile n alt echipament sau sistem existent n acel mediu.

Calitatea tensiunii: termenul este utilizat n Frana i n diferite publicaii europene; se refer la abaterile formei curbei de variaie n timp a tensiunii de la sinusoida ideal.

Calitatea curentului: este o definiie complementar celei anterioare; se refer la abaterile formei curbei de variaie n timp a curentului de la sinusoida ideal performanele convertoarelor electronice.

Calitatea alimentrii cu energie electric (quality of supply): reflect relaia furnizor consumator; are o component tehnic calitatea tensiunii - i o component care reflect relaiile cu consumatorul calitatea serviciilor.

Calitatea consumului (quality of consumption): reflect relaia consumator-furnizor; se refer la calitatea curentului, corectitudinea n plata facturii electrice, etc.

n analiza problemelor legate de compatibilitatea electromagnetic, standardele CEI opereaz n primul rnd cu termenii: Emisia (emission) se refer la nivelul polurii electromagnetice produs de un echipament; Imunitatea (immunity) reflect capacitatea unui echipament de a nu fi afectat de poluarea electromagnetic.

2 . Obiect

Obiectul acestui capitol este definirea i descrierea caracteristicilor de tensiune referitoare la: - frecven; - amplitudine; - forma de und; - simetria tensiunilor trifazate de alimentare.

Aceste caractersitici variaz pe parcursul unei funcionri normale a sistemului de alimentare, datorit modificrilor de sarcin, perturbaiilor introduse de anumite echipamente i apariiei unor defecte determinate n principal de cauze externe.

Variaia acestor parametri este una aleatoare n timp ntr-un anume nod sau ca locaie la un moment dat.

Unele din fenomenele care afecteaz caracteristicile tensiunii sunt imprevizibile, astfel c este imposibil definirea unor valori pentru acele caracteristici.

Indicator de calitate reprezint o caracteristic de apreciere cantitativ a proprietilor unui produs, care este analizat sub aspectul ndeplinirii cerinelor privind elaborarea, exploatarea sau consumul. n ceea ce privete energia electric, scopul ideal urmrit de orice furnizor de energie electric este de a pune permanent la dispoziia consumatorilor o tensiune alternativ sinusoidal, de frecven i valoare efectiv meninute ntre anumite limite fixate contractual, egale pe cele trei faze ale reelei. Sistemul de indicatori de calitate ai energiei electrice trebuie s permit msurarea/estimarea nivelului de calitate ntr-un anumit punct al reelei i la un moment dat, precum i compararea informaiei obinute cu nivelul considerat optim sau cel puin tolerabil de majoritatea consumatorilor racordai la reeaua electric respectiv.


3

n majoritatea rilor, sistemul de indicatori ai calitii energiei electrice este alctuit din anumite caracteristici cantitative ale variaiilor lente (abateri) sau rapide (fluctuaii) ale valorii efective a tensiunii, forma i simetria n sistemul trifazat, precum i caracteristicile de variaie lent/rapid ale frecvenei.

3. Definiii

Consumator = cumprtorul de energie de la furnizor

Furnizor = entitattea care furnizeaz energie electric printr-un sistem de distribuie

Borne de alimentare = punctul de conectare a instalaiei consumatorului la sistemul public de alimentare NOT: poate fi diferit de punctul de msurare sau de punctual comun de cuplare.

Tensiunea de alimentare = valoarea efectiv a tesniunii la un moment dat la bornele de alimentare, msurat pe un interval dat.

Tensiunea nominal a unui sistem (Un) = tensiunea la care un sistem este proiectat s opereze cu anumite caracteristici

Joas tensiune (abreviere: j.t.) = tensiune sub 1 kV.

Medie tensiune (abrevire: m.t.) = tensiune n domeniul 1 kV 35 kV

Condiii normale de funcionare = caracterizate de absena unor condiii excepionale datorate de influene externe sau evenimente deosebite

Nivel de compatibilitate (electromagnetic) = Nivel maxim (de referin) precizat (specificat) pentru perturbaiile electromagnetice la care se poate presupune (atepta) c va fi supus un dispozitiv, un aparat sau un sistem funcionnd n condiii particulare. Not: n practic nivelul de compatibilitate electromagnetic nu este un maxim; el poate fi depit cu o mic probabilitate (n mod obinuit 5%).

Niveluri de planificare = Niveluri care pot fi utilizate n scopul de planificare pentru a evalua impactul sarcinilor utilizatorilor asupra reelei. Acestea sunt inferioare nivelurilor de compatibilitate.

Perturbaie (electromagnetic) = Fenomen electromagnetic susceptibil de a determina tulburri n funcionarea unui dispozitiv, aparat sau sistem, sau de a afecta defavorabil materia vie sau inert.

Nivel de perturbare = Intensitatea dat i cuantificat, cuprins ntr-o limit (plaj) de niveluri de perturbaie corespunznd unui fenomen electromagnetic particular ntlnit n mediul considerat. (CEI-1000-2-5)

Nivel total de perturbaie = Valoarea unei perturbaii electromagnetice date, provocat de suprapunerea emisiei tuturor prilor unui echipament ntr-un sistem dat i msurat pe o cale specificat

Limita de perturbaie = Nivelul de perturbaie maxim admis, msurat printr-o metod specificat (VEI-161-03-08)

Nivel de imunitate = Nivelul maxim al unei perturbaii electromagnetice de o form dat, acionnd asupra unui dispozitiv, aparat sau un sistem particular, astfel ca acesta s rmn capabil de a funciona, cu performana cerut, la calitatea dorit

Nivel de susceptibilitate al echipamentului = Nivelul de perturbaie care ar afecta funcia echipamentului; trebuie s fie egal sau mai mare dect nivelul de imunitate stabilit prin teste

Nivel de emisii a unei sarcini perturbatoare = Nivelul perturbaiei care se va produce n reeaua de alimentare n lipsa oricrei alte sarcini perturbatoare

Fond de perturbaii (background disturbance) = Emisii perturbatoare existente n PCC, datorate unor cauze (consumatori) necunoscute, n absena consumatorilor perturbatori nominalizai


4

Nivel de perturbaii maxim alocabil (disturbance level margin) = Diferena dintre limita pentru perturbaia respectiv i nivelul fondului de perturbaie respectiv, stabilit cu o anumit probabilitate de nedepire

Punct de cuplare (PC) = Punctul n care compatibilitatea electromagnetic trebuie s fie considerat

Putere total disponibil a reelei = Capabilitate nominal (kVA, MVA) a instalaiilor furnizorului n punctul comun de cuplare (PCC) Perturbaii conduse = fenomene electromagnetice propagate de-a lungul conductoarelor liniilor unui sistem de distribuie. Aceste perturbaii pot duce la degradarea performanelor unui echipament sau system sau pot determina defeciuni.

Variaii de tesiune = o cretere sau scdere a tensiunii determinat n mod normal de variaia sarcinii unui sistem de distribuie

Variaii rapide de tensiune = variaia rapid a valorii efective a tensiunii ntre dou nivele consecutive, meninut o anumit durat, nespecificat

Fluctuaii de tensiune = o serie de modificri de tensiune sau o variaie ciclic a nfurtorii tensiunii (IEV 161-08-05)

Flicker = jena fiziologic asupra ochiului uman, la variaia fluxului luminos (IEV 161-08-13) (fluctuaii de tensiune)

Nivelul flicker-ului = intensitatea disconfortului produs de flicker definit conform metodei de msurare a flicker-ului UIE-IEC i evaluat cu ajutorul urmtoarelor cantiti: - indicator de flicker instantaneu (P) corespunde pragului convenional de iritabilitate (CEI 1000-3-3) - indicator de flicker de timp scurt (Pst) msurat pe o perioad de 10 min; - indicator de flicker pe timp lung (Pit) calculat ntr-o secven de 12 valori Pst- ntr-un interval de 2 ore,

conform relaiei :

312

1

3

12=

stilt

PP

Goluri de tensiune = scderea brusc a tensiunii de alimentare la o valoare cuprins ntre 90% i 1% din tensiunea declarat, urmat la un interval mic de timp de revenirea la valoarea anterioar. n mod normal, durata unui gol de tensiune este de 10 ms pn la 1 min. Amplitudinea golului de tensiune se definete ca diferena ntre valoarea efectiv minim pe perioada golului i tensiunea decalarat. Modificrile de tensiune care nu reduc valoarea acesteia la mai puin de 90% din valoarea declarat nu sunt considerate goluri

nteruperea alimentrii = situaia n care tensiunea la bornele de alimentare este mai mic de 1 % din tensiunea declarat U. ntreruperile n alimentare pot fi clasificate n : - aranjate anterior, consumatorii sunt informai n avans, pentru a permite execuia unor operaii

planificate n sistemul de distribuie - accidentale, cauzate de defecte tranzitorii sau permanente, majoritatea determinate de evenimente

externe, defectri ale echipamentelor sau interferene. O ntrerupere accidental poate fi la rndul ei: de lung durat (mai lung de 3 min) cauzat de un defect permanent de scurt durat (pn n 3 min) cauzat de un defect tranzitoriu

Supratensiuni temporare la frecvena de alimentare = o supratensiune de scurt durat, ntr-un anumit punct al sistemului (determinat de comutaii ale echipamentelor, reduceri ale sarcinii, defecte monofazate, neliniariti)

Supratensiuni tranzitorii = o tensiune oscilant sau neoscilant de scurt durat, de obicei puternic amortizat i cu o durat mai scurt de cteva ms (cauze decsrcri atmosferice, arderea fuzibililor)

Tensiune armonic = o tensiune sinusoidal cu frecvena egal cu un multiplu ntreg al frecvenei fundamentale a tensiunii de alimentare. Tensiunea armonic poate fi evaluat: - individual cu nivelul armonicii = raportul dintre valoarea efectiv a armonicii h considerate i valoarea

efectiv a armonicii fundamentale: huhU

U=

1100


5

- global, de exemplu cu ajutorul factorului total de distorsiune armonic THD:

=

=

40

2

2)(k

huTHD

NOTE: Arrmonicile tensiunii de alimentare sunt determinate n principal de sarcinile nelineare conectate n sistem.

Circulaia armonicilor de curent prin impedanele sistemului determin creterea armonicilor de tensiune. Armonicile de curent i impedanele sistemului variaz n timp, ducnd la modificarea amplitudinii tensiunilor.

Raportul dintre valoarea efectiv a armonicilor (n acest context curenii armonici Ih de rang h) i valoarea efectiv a fundamentalei (CEI-1000-3-4) :

=

40

2

2

1II

THD hI (notat uzual n literatura tehnic din Romnia I)

ntruct aparatele de msurare (distorsiometru) indic valoarea factorului de distorsiune cu raportare la valoare efectiv a curentului de sarcin este necesar atenie atunci cnd se compar limitele de planificare cu valorile msurate.

Factor de distorsiune armonic parial ponderat: CEI-1000-3-4 : 2

1

40

14

=

II

hTHD hIP (notat uzual n

literatura tehnic din Romnia IP)

Distorsiunea armonic parial ponderat a fost introdus pentru a lua n considerare c odat cu creterea rangului, armonicele descresc

Putere perturbatoare ponderat : =j

jDjDWi WSS

n care:Wj - factor de ponderare; SDj - puterea echipamentului deformant j al instalaiei i. Impedana armonic (Zh): Impedana pe faz ntr-un sistem de succesiune pozitiv (direct) de armonic de rang h.

Interarmonici de tensiune = o tensiune sinusoidal cu frecven ntre cea a armonicilor (multiplu nentreg al frecvenei fundamentale)

Nesimetrie de tensiune = condiiile n care valorile efective ale tensiunilor de faz ntr-un sistem trifazat sau defazajele ntre faze consecutive nu sunt egale

Semnale conduse de tensiune = semnale suprapuse peste tensiunea de alimentare avnd ca scop transmiterea informaiilor n sistemul de distribuie public i la consumatori. n sistemele de distribuie se ntlnesc 3 tipuri de semnale: - semnale de control sub form de unde ntreinute sau tranzitorii: suprapuse peste semnalele tensiunii sinusoidale, n domeniul 110 3000 Hz; - semnale conduse pe liniile electrice: suprapuse peste semnalele tensiunii sinusoidale, n domeniul

3148,5 kHz.

Perturbaiile care apar n RE pot fi determinate de : Surse naturale (fenomene atmosferice) ; Surse artificiale fenomene care se produc n timpul exploatrii echipamentelor de producere, transport i utilizare a energiei electrice.

Cele mai importante fenomene electromagnetice care pot considerate surse de perturbaii sunt :

i) Fenomenele tranzitorii - se refer la variaiile rapide ale tensiunii i curentului electric din sistem Regimuri tranzitorii de tip impuls - determinate de:

- trznete - comutarea separatoarelor - comutarea sarcinii

Regimuri tranzitorii oscilante


6

- comutarea liniei/cablului - comutarea condensatoarelor - comutarea sarcinilor

ii) Regimul staionar ntr-un sistem de distribuie este doar teoretic, avnd n vedere faptul c sarcinile se modific permanent, iar generatoarele sunt astfel reglate nct s menin sistemul n echilibru. Perturbaiile n regim permanent sunt:

- ntreruperi - goluri de tensiune - supratensiuni temporare

iii) Fluctuaiile de tensiune variaii sistematice sau aleatoare ale valorii efective sau ale valorii de vrf sau o serie de variaii ciclice ale nfurtoarei curbei de variaie n timp a tensiunii, pe o anumit perioad de timp

- sarcini intermitente - porniri repetate ale motoarelor - cuptoare cu arc - sudarea electric

iv) Poluarea armonic se datoreaz - prezenei sarcinilor neliniare - rezonane n sistem

4. Cauzele i efectele perturbaiilor n RE

Natura Originea Efecte Detectare i msurare

Remedii

1 2 3 4 5 ntreruperi de lung

durat (> 1 min)

Sursa defecte permanente Cauze: - atmosferice - defecte

- oprirea produciei - pierderi de produse - dezorganizarea produciei - reducerea siguranei n funcionare

- echipament de monitorizare

Furnizor - o reea mai bine organizat - linii n cablu - reconfigurare automat a reelei - mentenan preventiv Consumator - grupuri de siguran - dubl alimentare - rezervare pe parte tehnologic

ntreruperi de scurt durat (3 s1 min)

Sursa: defecte n reea eliminate prin automatica de sistem Cauze: cicluri lente de RAR

- riscuri n special pt. echipamentele cu comenzi electronice - risc de oprire a motoarelor de acionare

Echipament de monitorizare

Furnizor - similare celor de la ntreruperile de lung durat Consumator dubl alimentare dotat cu AAR rezervare pe parte tehnologic

Microntreru-peri (< 3 s)

Furnizor : defecte pasagere pe LEA

- perturbaii ale sistemelor comandate de calculator - opriri ale proceselor tehnologice cu comenzi electronice - stingerea lmpilor cu descrcri n gaze

Echipament de monitorizare

Furnizor : - paratrsnete - linii subterane Consumator -proiectarea echipamentelor avnd n vedere aceste perturbaii - surse nentreruptibile (UPS) pentru echipamente sensibile

A. Variaii ale amplitudinii tensiunii i valorii frecvenei Variaii lente de tensiune

Furnizor variaii ale ncrcrii reelei

- nu sunt deranjante dac nu sunt depite toleranele

- voltmetru - Echipament de monitorizare

- regulatoare de tensiune - controlul n timp real al surselor de Q - echipamente FACTS

Goluri de tensiune

Furnizor s.c. n reea

- oprirea unor echipamente sensibile

- echipament de monitorizare

Furnizor i consumator : - mbuntirea


7

Consumator - s.c. n sistemul intern de alimentare - ocuri de curent

- oprirea unor motoare electrice

- perturbograf tehnologiilor de mentenan - utilizarea de echipamente cu caracteristici superioare

Supraten-siuni

-fenomene atmosferice -regimuri tranzitorii -comutaii n reele

- mbtrnirea izolaiei echipamentelor electrice

Echipament de monitorizare Voltmetru

- tratarea neutrului - paratrznete - DRV - Filtre

Variaii de frecven

Furnizor defecte n reea cu pierderea unor surse

- perturbarea echipamentelor electronice sensibile - dereglarea ceasurilor sincronizate la RE

Echipament de monitorizare Frecvenmetru

Furnizor Reglaj de frecven

Variaii lente de tensiune

Furnizor variaii ale ncrcrii reelei

- nu sunt deranjante dac nu sunt depite toleranele

- voltmetru - Echipament de monitorizare

- regulatoare de tensiune - controlul n timp real al surselor de Q - echipamente FACTS

B. deformarea formei curbei de variaie n timp a tensiunii Armonici i

interarmonici Furnizor - saturaia trafo de sistem - descrcarea corona pe linii Consumator - surse de armonici de tensiune i curent (arc electric, redresoare de mare putere, invertoare, etc.)

- pierderi n Fe - nclziri i mbtrniri ale condensatoarelor - dereglri ale circuitelor electronice - supratnesiuni

-analizor armonic - echipament de monitorizare

Furnizor - controlul tensiunii n nodurile reelei Consumator - controlul procesului tehnologic - filtre de armonici - urmrirea ncadrrii n limitele nscrise n contractul de furnizare

Impulsuri de tensiune i fenomene

tranzitorii de nalt

frecven

- manevre n circuite inductive - supratensiuni atmosferice - comutaia tiristoarelor - descrcri electrostatice etc.

- strpungeri de izolaie - perturbarea semnalelor de comand i a tarnsmisiilor de date - comenzi intempestive

-pertubograf i analizoare de spectru echipament de monitorizare

- varistoare - DRV


1

Curs 2_2

Problema calitii energiei electrice

Energia electric este probabil cea mai important materie prim utilizat astzi n comer i industrie. Este un produs cu un caracter deosebit deoarece trebuie s constituie un flux continuu nu poate fi stocat n cantiti mari i nu poate face subiectul unui control al calitii nainte de a fi utilizat. Este de fapt rezumatul filozofiei exact la timp, n care componentele sunt livrate unei linii de producie n punctul i la momentul n care se utilizeaz, de ctre un furnizor verificat i aprobat, fr cerine de verificare a calitii. Pentru ca principiul just in time (JIT) s aib succes este necesar s existe un control bun al specificaiei componentelor, o ncredere absolut c furnizorul poate produce i furniza acest produs la timp, cunoaterea comportrii generale a produsului i a limitelor sale.

Pentru energia electric situaia este similar: trebuie s fie cunoscut sigurana n alimentare i trebuie neleas capacitatea de revenire a procesului la perturbaii. Desigur, n realitate, electricitatea este diferit de orice alt produs ea este generat departe de punctul de consum, reeaua este alimentat de un ansamblu de multe generatoare i ajunge la punctul de consum prin mai multe transformatoare i muli kilometri de linie aerian i posibil prin reea de cabluri subterane. Dup privatizarea industriei, aceste reele vor fi achiziionate i deveni proprietate privat, managementul i mentenana fiind realizate de un numr oarecare de organizaii.

Importana economic a CEE poate fi cuantificat. Potrivit datelor EPRI (Electric Power Research Institute) problemele de CEE i ntreruperile n alimentarea cu energie eletric cost, n SUA peste 119 miliarde/an.

Sarcina de a asigura calitatea energiei livrate n punctul de consum nu este una uoar i nu exist nici o cale ca energia electric ce nu respect standardele s fie retras din lanul de alimentare sau refuzat de ctre consumator.

Din punctul de vedere al consumatorului problema este i mai dificil. Exist unele limite statistic admisibile pentru calitatea energiei electrice livrat, dar nivelul de calitate acceptabil perceput de furnizor (i de reglementatorul industriei) poate fi diferit de cel necesar sau poate dorit de consumator. Defectele de calitate cele mai evidente sunt ntreruperile complete (care pot fi de la cteva secunde la cteva ore) i golurile de tensiune n care tensiunea atinge o valoare redus pentru scurt durat. Evident, ntreruperile de lung durat constituie o problem pentru toi consumatorii, dar multe operaii sunt foarte sensibile chiar i la ntreruperi foarte scurte. Exemple de operaii sensibile sunt: Operaii cu flux (proces) continuu, n care ntreruperile scurte pot conduce la desincronizri n instalaie i rezult un volum mare de produs semifabricat. Un exemplu tipic l constituie industria hrtiei unde operaia de curire (pentru reluarea procesului) este lung i costisitoare. Operaii succesive i continui, n multe trepte, unde o ntrerupere n cursul unui proces poate distruge valoarea operaiilor anterioare. Un exemplu de acest tip este industria semiconductoarelor, unde producia unui wafer (plachete de semiconductoare) necesit o duzin de procese realizate n mai multe zile i ntreruperea unui singur proces este catastrofal. Procesarea datelor unde valoarea tranzaciei este ridicat, dar costul procesrii este sczut, ca n activitile de schimb de aciuni sau de schimb valutar. Imposibilitatea de a negocia poate conduce la pierderi mari care depesc cu mult costul operaiei.


2

ntr-un exemplu recent s-a cerut o compensaie de 15 milioane EURO ca rezultat al unei ntreruperi de 20 minute.

Aceste exemple se refer la cele mai sensibile industrii, dar este surprinztor cte operaii, aparent banale, au cerine de alimentare cu energie electric ct se poate de critice.

Exemplele includ unitile mari de desfacere cu amnuntul, cu puncte de vnzare informatizate i echipamente de gestiune a stocurilor, precum i ntreprinderi de fabricaie cu control distribuit.

Deci, ce trebuie neles prin calitatea energiei electrice? O alimentare perfect cu energie electric este aceea care este ntotdeauna disponibil, ntotdeauna cu tensiunea i frecvena n limitele admisibile i cu o curb de tensiune perfect sinusoidal, fr zgomote. Nivelul exact al abaterilor de la alimentarea perfect, care pot fi admise, depinde de aplicaia utilizatorului, de tipul de echipament instalat i de percepia sa asupra condiiilor necesare.

Defectele alimentrii cu energie electric abaterile de la perfeciune se ncadreaz n cinci categorii: Distorsiune armonic ntreruperi (totale) Tensiune sub sau peste valorile admisibile Goluri i variaii Fenomene tranzitorii

Fiecare dintre aceste probleme ale calitii energiei electrice are o alt cauz. Unele probleme sunt rezultatul partiionrii infrastructurii. De exemplu, un incident n reea poate conduce la un gol care s aib un efect asupra unor consumatori, iar un incident la un nivel mai ridicat poate afecta un numr mare de consumatori. Un incident n instalaiile unui consumator poate s conduc la un fenomen tranzitoriu care afecteaz toi ceilali consumatori conectai n acelai subsistem. Alte probleme, ca armonicile, apar din instalaiile proprii ale consumatorului i se pot propaga sau nu n reea i astfel s afecteze i ali consumatori. Problemele legate de armonici pot fi eliminate printr-o combinaie a unei bune concepii a instalaiei i prevederea unor echipamente de limitare adecvate.

Furnizorii de energie electric argumenteaz c, consumatorii sensibili trebuie s suporte ei nsi costurile pentru asigurarea calitii energiei electrice n loc s atepte ca furnizorii s asigure o alimentare foarte sigur pentru fiecare consumator din orice punct al reelei.

Garantarea unei astfel de caliti a alimentrii ar cere investiii deosebit de mari n reea n beneficiul unui numr relativ redus de consumatori (ca numr, nu din punct de vedere al consumului) i ar fi neeconomic. Este de asemenea ndoielnic dac ar fi tehnic posibil n condiiile actuale, sociale i legale, n care orice consumator este autorizat s fie conectat la surs i un constructor are dreptul de a escava drumuri cu riscul de a deteriora cabluri.

Condiiile atmosferice, ca vntul puternic sau ploile reci, conduc frecvent la deteriorri ale liniilor aeriene care, n aceste condiii, sunt greu de reparat i necesit durate mari pn la repunerea n funciune. Este deci responsabilitatea consumatorului s ia msuri s se asigure c energia livrat pentru procesul su are o calitate suficient de bun, fiind contient ns de faptul c alimentarea ar putea avea o calitate mult mai ridicat dect cea livrat instalaiei de ctre furnizor.

Exist o varietate de soluii inginereti capabile s elimine sau s reduc efectele problemelor de calitate a alimentrii i este un domeniu foarte activ de inovare i dezvoltare.

Astfel, consumatorii trebuie informai de evantaiul de soluii disponibile i avantajele i costurile aferente. Urmtoarele seciuni ale cursului prezint problemele particulare i soluiile disponibile.


3

Utilizatorii se confrunt cu necesitatea de a lua decizii relativ la proiectul unor investiii privind tipul i cantitatea echipamentelor suplimentare pentru a obine calitatea necesar a alimentrii. Din pcate, unele informaii vitale lipsesc ntinderea i gravitatea problemelor de calitate a energiei electrice care ar putea aprea ntr-o locaie oarecare sunt n mare msur necunoscute. Deoarece sunt att de puine statistici publicate este foarte greu pentru consumatori s stabileasc costul incidentelor i s justifice costul msurilor preventive.

n Regatul Unit, spre exemplu, unicele date disponibile dau numrul i durata medie a ntreruperilor mai lungi de un minut, datorate furnizorului. n medie, pentru 1998/9, fiecare consumator a avut aproximativ o ntrerupere de pn la 100 minute la fiecare 15 luni reprezentnd o disponibilitate de 99,98%.

Din pcate, cele 0,02% creeaz probleme. Performanele raportate de cei mai muli furnizori, referitoare la aceast perioad, includ rezultate dintre cele mai bune i cele mai slabe, reprezentnd variaii ntre 50% i 200% fa de media situaiei curente, probabil considernd c acest lucru este maximul ce se poate obine din punct de vedere economic. Trebuie reamintit c aceste cifre se refer numai la ntreruperi de peste un minut i rmne necunoscut, dar mare, numrul ntreruperilor de ordinul 0,1 s pn la 5 s. Efectele cauzate de una dintre aceste ntreruperi pot fi la fel de costisitoare ca o ntrerupere de o or.

Problema ntreruperilor scurte i a golurilor de tensiune scoate n eviden diferena dintre punctele de vedere ale consumatorului i furnizorului. Exist prin definiie evenimente pe termen scurt, astfel nct cel puin aici este instalat o monitorizare permanent deoarece existena acestor evenimente este altfel greu de dovedit. Este nc i mai greu s atribui o pierdere economic unui astfel de eveniment. Industria energiei electrice are tendine de a evalua ntreruperile n raport cu costul energiei electrice aferente nelivrat, n timp ce consumatorul o evalueaz n raport cu pierderile n producie datorate ntreruperii. Energia electric este relativ ieftin, iar ntreruperile relativ scurte, n timp ce pierderile n producie pot fi foarte importante (ca de exemplu n cazul semiconductoarelor) i durata de indisponibilitate pentru pregtirea instalaiilor n vederea relurii produciei este foarte mare (ca n cazul industriei de fabricare a hrtiei). Cele dou pri au deci puncte de vedere total diferite privind importana golurilor de tensiune i nivelul justificat al investiiilor n echipamentele de limitare a acestora.

ntreruperile de lung durat deconectrile sunt considerate uzual ca fiind datorate furnizorului, dar pot fi datorate i defectrii echipamentelor, conductoarelor sau conexiunilor locale. O proiectare atent utiliznd soluii cu o fiabilitate ridicat poate minimiza aceste efecte. Obiectivul este de a identifica punctele n care pot s apar ntreruperi i acestea s fie eliminate prevznd echipamente de rezerv (redundante) sau ci alternative de alimentare, astfel ca activitatea s poat continua n cazul unui singur incident. Sistemele proiectate n acest mod sunt mai uor de ntreinut i ca rezultat sunt mai bine ntreinute. Este important ca procedurile de mentenan s fie dezvoltate nc n prima etap, ca o parte a conceptului de siguran proiectat. Sursele de rezerv i sistemele UPS, necesare pentru a acoperi ntreruperile de scurt i lung durat, sunt elemente eseniale pentru un sistem capabil s fac fa variaiilor n alimentarea cu energie electric.

n timp ce majoritatea golurilor de tensiune i a ntreruperilor i au originea n sistemul de transport i distribuie i sunt n responsabilitatea furnizorului, problemele armonicilor sunt n principal n responsabilitatea consumatorului. Curenii armonici creeaz probleme n instalaii i cnd aceti cureni circul napoi prin impedana cii de alimentare, n punctul comun de cuplare apare o tensiune armonic. Aceast distorsiune a tensiunii sau cel puin unele din componentele ei, sunt transmise n ntreg sistemul i se sumeaz cu fondul de armonici (background) de tensiune, prezent n orice sistem de transport (de exemplu, datorit


4

neliniaritii transformatorului). Limitnd curenii armonici pe care consumatorii i pot emite, se poate menine nivelul de distorsiune a tensiunii la alimentare n limite acceptabile.

Determinarea sursei de armonici poate fi dificil i acest lucru determin adesea consumatorul s acuze furnizorul pentru aceast problem. n fapt, este neuzual ca problemele datorate armonicilor s apar ntr-o instalaie din cauze externe cauza este cel mai adesea datorit echipamentelor locale i a modului lor de utilizare.

Perturbaiile tranzitorii sunt evenimente cu o frecven ridicat cu o durat mult mai mic dect o perioad a tensiunii de alimentare. Cauzele includ comutaii sau cderi de trsnete n reea, precum i comutaii ale sarcinii reactive la consumator sau la ali consumatori conectai pe acelai circuit. Perturbaiile tranzitorii pot avea amplitudini de cteva mii de voli i pot cauza deteriorri serioase att instalaiei. ct i echipamentelor conectate la aceasta. Furnizorii de energie electric i companiile de telecomunicaii fac eforturi s se asigure c instalaiile lor nu permit propagarea de perturbaii tranzitorii periculoase (care pot produce daune) n instalaiile consumatorului. Totui, perturbaii tranzitorii considerate nepericuloase pot determina pagube importante prin afectarea datelor. Apariia i efectele regimurilor tranzitorii sunt n mare msur limitate i eficiena sistemelor de protecie care este sporit dac este realizat un sistem de legare la pmnt cu o fiabilitate ridicat. Un astfel de sistem de legare la pmnt va avea multiple legri la pmnt i multiple ci de legare la pmnt n orice punct, care s asigure o integritate ridicat i o impedan redus ntr-o band larg de frecven.

Aspectele privind calitatea energiei electrice pun proiectanilor multe probleme, probabil cea mai important fiind Ct de bun este destul de bun?. La aceast ntrebare este imposibil de rspuns. Dac este relativ simplu s cuantifici comportarea unui anumit element al unui echipament la golurile de tensiune, determinarea incidenei unui probabil gol de tensiune ntr-o anumit locaie, n sistemul de alimentare, este cu mult mai dificil; situaia se va modifica n timp, pe msur ce se vor aduga noi consumatori i unii existeni vor fi nlocuii. Este extrem de greu s se colecteze date mediate privind sensibilitatea echipamentului la distorsiunea armonic de tensiune i chiar la distorsiunea armonic de curent cauzate de echipament. Problema real este de compatibilitate ntre echipament i alimentare.

Exist n prezent unele standarde internaionale care fixeaz limitele pentru variaiile de tensiune i distorsiune armonic sub care echipamentul ar trebui s funcioneze fr eroare.

Similar exist limite standardizate pentru variaiile de tensiune i distorsiunea armonic pentru tensiunea de alimentare. Ideal, ar trebui s existe o band de rezerv o limit de siguran ntre cele dou limite dar, deoarece este greu de msurat continuu calitatea alimentrii, limitele pentru alimentare sunt date n termeni statistici i nu ca limite fixe.

Asigurarea unei caliti bune a energiei electrice necesit o proiectare iniial bun, un echipament de corectare eficient, cooperarea cu furnizorul, monitorizarea frecvent i o mentenan bun. Cu alte cuvinte necesit o abordare complet i o bun nelegere a principiilor i a practicilor de mbuntire a calitii energiei electrice.

Lista problemelor CEE este surprinztor de lung. Problemele privind CEE sunt complexe i, de multe ori, este necesar o echip de specialiti pentru a le identifica, a stabili cauzele i a oferi soluii. Simptome similare, ca de exemplu nclzirea echipamentelor, pot avea diferite cauze (armonici, nesimetrii, suprasarcini) i fiecare necesit o soluie diferit.

Cnd apar probleme de CEE ? Dac apar sau nu probleme de calitate a energiei electrice depinde de:

calitatea tensiunii la barele de alimentare ale furnizorului; tipul sarcinii electrice n instalaii.;


5

susceptibilitatea/sensibilitatea echipamentului la diferitele tipuri de perturbaii. Nu exist o singur soluie, general aplicabil. O soluie optim tehnic i economic

poate fi necesar pentru fiecare locaie, lund n considerare intercondiionarea celor trei factori de mai sus. Aceste soluii nu se adreseaz strict furnizorului de energie electric, ci se focalizeaz asupra acelor aspecte de calitate a energiei electrice care sunt sub controlul operatorului local.

Probleme tipice Urmtoarea list ofer o vedere de ansamblu a celor mai frecvente probleme de

calitate a energiei electrice care pot s apar. Conform unor studii realizate n anul 2001, n 1400 locaii din 8 ri, fiecare locaie din Europa are o probabilitate de 5 20% de a fi afectat de una sau mai multe dintre problemele listate. n mod tipic, jumtate dintre locaiile din industria energo-intensiv sau cldirile cu sarcini critice sunt afectate de dou sau mai multe probleme. Foarte puine locaii nu sunt afectate de perturbaii (a se vedea fig. 1).

Figura 1 - Cele mai relevante probleme CEE, determinate la 1400 locaii din 8 ri

Desigur c o calitate redus a energiei electrice nu este cauza apariiei oricrei probleme din list. De exemplu, blocarea calculatoarelor poate fi legat de software. n plus, atribuirea originii unei probleme unor cauze aprute nainte de contor (ceea ce nseamn de partea furnizorului fa de punctul comun de cuplare (PCC)) sau dup contor (ceea ce nseamn de partea consumatorului fa de PCC) este de multe ori dificil de fcut fr msurtori i analize detaliate.

Blocarea calculatoarelor Curenii n circuitul de pmnt, care rezult n echipament, conduc la apariia unei

diferene de potenial ntre echipament i pmntul adevrat. Dei redus, aceast tensiune perturbatoare poate fi semnificativ n raport cu nivelul semnalelor (avnd civa voli) cu care lucreaz echipamentele informatice (IT). Partea de hardware a calculatoarelor este proiectat s minimizeze susceptibilitatea la aceste tipuri de perturbaii, care ns nu pot fi complet eliminate, n special datorit faptului c acestea sunt din ce n ce mai frecvente. Protocoalele moderne de comunicaie cuprind algoritme de detecie i corectare a erorilor, necesitnd o retransmisie a datelor eronate i n consecin, reducnd viteza de transfer a datelor. Ca rezultat, calculatorul devine mai lent sau se blocheaz, un fenomen frecvent n birourile actuale.

n reelele TN-C, conductorul comun de nul de lucru i de nul de protecie este parcurs n mod permanent de curent electric, determinnd o cdere de tensiune. Pmntul de referin


6

al diferitelor calculatoare de la diferitele etaje nu mai are acelai potenial. De exemplu, curenii circul prin ecranele cablurilor de date, conectate la pmnt la ambele capete din considerente de EMC.

Plpirea ecranelor Curenii de armonic 3 se nsumeaz n conductorul de nul. n configuraiile TN-C

conductorul de nul de lucru i de nul de protecie sunt combinate i conectate n multe puncte la structura cldirii. Ca rezultat, curentul de nul de ntoarcere poate circula oriunde prin structura metalic a cldirii, determinnd cmpuri magnetice necontrolate i necontrolabile. n cazuri extreme, aceste cmpuri determin plpirea monitoarelor calculatoarelor. Curentul de nul trebuie s ajung ntotdeauna n punctul comun de cuplare utiliznd un conductor separat ca n sistemele TN-S i TN-C-S. De fapt, practica de a avea o singur legtur ntre conductorul de nul i pmnt, ntr-un singur punct al instalaiei mbuntete condiiile de siguran i compatibilitate electromagnetic.

Plpirea iluminatului Variaiile de scurt durat ale tensiunii, determinate de comutaii, scurtcircuite i

comutri de sarcin pot conduce la plpirea iluminatului electric. Amplitudinea admis a flickerului este reglementat de Standardele Internaionale, bazate pe criteriul percepiei. Un nivel excesiv de flicker poate determina migrene i este responsabil, n unele cazuri, de aa numitul sindrom ru de cas - sick building syndrome .

Supranclzirea transformatoarelor la sarcini moderate Armonicile determin pierderi suplimentare n transformatoare. Atunci cnd un

transformator este aproape de sarcina maxim, aceste pierderi pot conduce la defecte timpurii determinate de supranclzire i la apariia de puncte calde n nfurare. Avnd n vedere tendina actual de a lucra cu echipamentul aproape de limita de funcionare, prin creterea polurii armonice n reelele de joas tensiune, aceast problem apare din ce n ce mai frecvent.

Pierderile n transformator sunt date de pierderile datorate fluxurilor magnetice de dispersie n circuitul magnetic, de pierderile prin cureni turbionari i de pierderile rezistive n nfurri. Dintre acestea, pierderile prin cureni turbionari ridic cele mai mari probleme n prezena armonicilor, deoarece cresc aproximativ cu ptratul frecvenei. Pentru o sarcin tipic complex a unei cldiri, pierderile prin cureni turbionari pot s ajung de 9 ori mai mari fa de cele de proiect, dublnd aproximativ pierderile determinate de sarcina total.

Pentru a determina pierderile suplimentare este necesar a cunoate spectrul armonic al curentului de sarcin.

Motoarele de inducie Tensiunile armonice pot determina pierderi n motoarele cu inducie (asincrone)

conectate direct la reea. Armonica de rang 5 genereaz un cmp nvrtitor invers, pe cnd armonica de rang 7

genereaz un cmp nvrtitor suprapus peste viteza de rotaie sincron a motorului. Pulsaiile cuplului rezultant determin uzura i fisurarea elementelor de cuplare i a rulmenilor. Deoarece viteza de rotaie este fix, energia corespunztoare acestor armonici se disip sub form de cldur suplimentar, rezultnd o mbtrnire prematur. De asemenea, armonicile de curent induse n rotor determin o nclzire suplimentar. nclzirea suplimentar reduce spaiul de aer dintre rotor i stator, reducndu-se i mai mult eficiena.

Echipamentele pentru vitez variabil determin problemele lor proprii. Tendina lor de susceptibilitate la goluri de tensiune, poate conduce la dereglarea sincronizrii proceselor


7

la liniile de fabricaie. Acestea sunt, de multe ori, plasate la o oarecare distan de motor i determin vrfuri de tensiune la bornele motorului datorit pantelor abrupte ale tensiunii de ieire.

Un caz special poate s apar la repornirea dup un gol de tensiune atunci cnd motorul este ncrcat n mod normal aproape de sarcina maxim. Cldura suplimentar determinat de curentul de pornire poate conduce la avarierea motorului. Dimensionarea optim a motorului trebuie s ia n considerare: - ca motorul s fie astfel utilizat nct s funcioneze la eficien maxim la circa 70% din sarcina nominal; - frecvena golurilor de tensiune i intervalul de timp pn la repunerea n funciune a motorului.

Supranclzirea conductoarelor datorat efectului pelicular Toate armonicile determin pierderi suplimentare n conductoarele de faz. Efectul

pelicular, care este neglijabil la 50 Hz, ncepe s aib importan de la 350 Hz (armonica de rang 7) i mai sus. De exemplu, un conductor cu diametrul de 20 mm are o rezisten electric aparent cu 60 % mai mare fa de rezistena sa la tensiune continu. Creterea rezistenei, dar i mai mult creterea reactanei (odat cu creterea frecvenei), conduc la creterea cderilor de tensiune i la creterea distorsiunii curbei de tensiune.

Funcionarea corect a echipamentelor pentru controlul proceselor Distorsiunile armonice importante pot determina treceri adiionale prin zero pe durata

unei perioade a curbei, afectnd astfel echipamentele de msurare sensibile. Sincronizarea echipamentelor de control a proceselor n cazul proceselor continui poate fi perturbat, iar sistemele de prelucrare a datelor pot s se blocheze.

Congestia reelelor de transfer de date Curenii de punere la pmnt determin cderi reduse de tensiune n conductoarele de legare la pmnt. ntr-un sistem TN-C, conductorul comun pentru nul de lucru i nul de protecie este parcurs n mod permanent de un curent semnificativ, n special de armonici de rang multiplu de 3. Avnd n vedere utilizarea n cretere a semnalelor de tensiune redus n echipamentele informatice, crete eroarea de bit, pn la punctul n care ntregul sistem se blocheaz. Dintr-un motiv inexplicabil, reeaua se blocheaz, nu mai funcioneaz serviciul e-mail i mult timp nu mai este posibil de a tipri ceva

Probleme cu echipamentele pentru corecia factorului de putere Frecvenele armonice pot s coincid cu frecvenele de rezonan ale circuitului comun

ce cuprinde inductivitile de scpri i echipamentul pentru corectarea factorului de putere (PFC - power factor correction), determinnd tensiuni i cureni excesivi i conducnd la avarii premature. n plus, ca o problem general, instrumentele de msurare nu pot s msoare corect ncrcarea PFC, deoarece acestea nu msoar corect componena armonic a curentului.

Probleme cu linii specifice (lungi) sau la comutarea sarcinilor mari Circuitele lungi nseamn impedane mari, ceea ce conduce la importante distorsiuni

armonice la curenii de pornire, de exemplu atunci cnd un motor mare este pornit sau cnd este conectat un calculator. Armonicile de curent generate de echipamentele pentru vitez variabil sau sursele n comutaie, plasate la sfritul liniilor de lungime mare, determin o ridicat distorsiune armonic a tensiunii. Din aceast motiv, pentru a reduce cderile de tensiune, se utilizeaz seciuni de arie mare la liniile electrice de lungime mare. Ca beneficiu


8

colateral, creterea ariei seciunii conductoarelor conduce la pierderi mai reduse. Atunci cnd ncrcarea este peste 3000 ore pe an, recuperarea economic poate fi foarte scurt.

Suprancrcarea conductorului de nul Circuitele trifazate cuprind trei conductoare active i conductor de ntoarcere, prin care

circul curentul de nesimetrie ntre cele trei faze. Deoarece armonicile de rang multiplu de trei se sumeaz, conductorul de nul este parcurs de un curent semnificativ. Deoarece n trecut cele mai multe dintre conductoarele de nul aveau o seciune cu arie njumtit, situaia poate deveni critic, atunci cnd conductorul de faz nu lucreaz suficient de departe de sarcina maxim.

Funcionarea nedorit a aparatelor de protecie Curentul de pornire poate conduce la deconectarea ntreruptoarelor. ntreruptorul ar

putea s nu nsumeze corect curentul fundamental i curenii de diferite armonici i poate s conduc la o deconectare eronat i chiar s nu deconecteze atunci cnd este necesar. Curenii de scurgere pot atinge un prag la care echipamentele de protecie la curent rezidual (DDR) s deconecteze.

Remediile pentru evitarea deconectrilor eronate nu trebuie s compromit msurile de protecie ale personalului din zon. Soluia general const n reducerea curentului de pornire i a curenilor de scurgere, prin divizarea echipamentului n mai multe circuite, fiecare circuit alimentnd o sarcin mai redus. Trebuie s fie utilizate ntreruptoare special dimensionate, care pot face fa armonicilor. Creterea seciunii conductoarelor nu este niciodat o soluie corect.

Cerinele furnizorului privind armonicile care afecteaz alimentarea Nu sunt muli furnizori (pn acum) care iau n considerare costurile pentru poluarea

armonic, aa cum se face n mod curent pentru puterea reactiv. Totui, n viitor pot s nceap s fac acest lucru, deoarece armonicile conduc la o exploatare suboptimal a sistemului de distribuie a energiei electrice.

Soluii Lista soluiilor posibile pentru rezolvarea problemelor de calitate a energiei electrice

este lung i incomplet. n figura 2 sunt prezentate soluiile pentru problemele de calitate a energiei electrice adoptate, relativ la 1400 locaii din 8 ri.

Figura 2 - Cele mai frecvente soluii pentru probleme de calitate a energiei electrice, n procente, din


9

datele din 1400 locaii din 8ri

Este important de subliniat faptul c nu sunt singurele soluii pentru problemele de calitate a energiei electrice. Pentru orice tip de problem, exist o gam de posibile mijloace de limitare. n realitate, exist probabilitatea ca unele probleme s coexiste, iar soluiile adoptate trebuie s fie compatibile cu fiecare dintre ele i cu sarcinile incluse n instalaie.

Proiectanii trebuie totdeauna s caute un complex optim de soluii pentru problemele care apar n exploatare sau care ar putea s apar n viitor cu privire la instalaia respectiv. Aceste soluii trebuie s fie robuste.

Este de asemenea important de reinut faptul c sarcinile electrice nu sunt statice. Modificrile pe durata de serviciu a echipamentului i variaiile n comenzile de producie conduc la o modificare permanent a structurii sarcinii. O cldire mare cu birouri, de exemplu, poate avea sute de mutri pe an, astfel nct mediul armonic - spectrul agregat al armonicilor de curent - n instalaie se modific permanent. Profilul armonic al echipamentelor informatice nu se mediaz ci se adun, n special pentru armonicile importante de rang 3 i 5. Funcionarea echipamentelor cu ciclu scurt de lucru, ca de exemplu, lifturile sau echipamentele de prelucrare a metalului (a se vedea locaia proprie sau locaia vecin) determin variaii locale de tensiune care se adun la cele care rezult n sistemul de distribuie. n consecin, problemele de calitate a energiei electrice au deseori caracter statistic i impun o monitorizare atent pentru a le defini complet. Costul problemelor de calitate a energiei electrice, determinat de pierderi datorate ntreruperilor variaz n limite largi n funcie de tipul de industrie. Totui, costul mijloacelor de limitare, de multe ori corespund criteriilor de recuperare a investiiilor n industrie i societi comerciale, durata de recuperare fiind de 2 3 ani. Desigur, costul mijloacelor de prevenire - de evitare a problemelor nc din stadiul iniial de proiectare - este de 10 20% din costul implementrii mijloacelor de limitare ntr-o instalaie n funciune.

Din pcate, pentru cldirile n stadiul de proiect, natura i locul sarcinilor finale sunt n general necunoscute, astfel nct problemele poteniale de calitate a energiei electrice i costurile asociate sunt dificil de cuantificat. Investiiile n soluii privind calitatea energiei electrice n cazul cldirilor de afaceri pot reprezenta o adevrat provocare. n viitor, inginerii vor fi n stare s prevad n mod veridic dimensiunea problemelor i vor avea experiena practic de a le rezolva. n acelai timp, probabil c proprietarii cldirilor vor realiza faptul c prevenirea este totdeauna mai ieftin dect remedierea.

Protecia la supratensiuni Este prima msur care trebuie adoptat n practic.

UPS (surse nentreruptibile) Sunt foarte puine locaii care cuprind o mare cantitate de echipamente IT sau de

control al proceselor i care nu au unele tipuri de UPS. Acestea se pot ntinde de la una sau mai multe uniti de putere mic, ce asigur protecia calculatoarelor individuale pn la uniti centrale mari cu putere normat pn la 1 MVA. Strategia privind utilizarea UPS trebuie s fie bine gndit deoarece energia din UPS este o energie stocat i la realizarea acesteia rezult substaniale pierderi suplimentare. Aceasta este scump i trebuie s fie utilizat n mod selectiv. Cea mai economic soluie const n utilizarea UPS numai pentru alimentarea serverelor, echipamentelor de control al proceselor i a echipamentelor de siguran, pe o durat suficient pentru a permite o oprire controlat i/sau evacuarea - astfel rmnnd nealimentate calculatoarele din reea i echipamentele auxiliare. La cellalt capt al spectrului, UPS poate fi dimensionat pentru a asigura practic ntreaga funcionalitate pentru durata necesar pentru punerea n funciune a sursei de intervenie. n cele mai multe situaii, soluia optim este undeva ntre aceste dou extreme.


10

Generator de intervenie Din cauza ntrzierii la pornire, generatorul de intervenie este n a doua linie de

protecie la o ntrerupere n alimentare. Acest echipament poate s asigure alimentarea unei mari pri a sarcinii, pe un interval mare de timp.

Msurarea valorii efective adevrate Msurarea nsemn cunoatere. Valoarea efectiv adevrat poate fi semnificativ mai mare dect valoarea incorect msurat cu ajutorul unui aparat de valoare medie. Din fericire, cele mai multe dintre locaiile analizate au n dotare aparate de valoare efectiv adevrat. Totui, pentru a fi siguri este necesar ca toate instrumentele de msurare s fie de valoarea efectiv adevrat.

Subncrcarea transformatoarelor Practica subncrcrii transformatoarelor n cazul sarcinilor cu armonici este bine

documentat, n standardul CEI 61378-1 Transformatoare pentru aplicaii industriale, dar este nc puin neleas. Trebuie reinut faptul c energia termic suplimentar determinat de poluarea armonic poate conduce la o spectaculoas reducere a duratei de via. Utilizarea unui transformator dimensionat pentru factorul K, special pentru a rezista la sarcini cu armonici, este de preferat fa de subncrcarea transformatorului, deoarece transformatorul dimensionat pentru factorul K este proiectat s aib pierderi prin cureni turbionari reduse.

Transformatorul subncrcat are pierderi mari - el este pur i simplu supradimensionat, astfel nct pierderile care rezult s poat fi disipate. La nivel practic este dificil de a menine subncrcarea transformatorului pe durata sa de via - dac sarcina crete problema subncrcrii va fi uitat i transformatorul poate ajunge s fie puternic suprancrcat.

Subncrcarea motoarelor Nesimetria de tensiune i armonicile de tensiune determin pierderi suplimentare n

motoarele electrice, astfel c un motor nu poate fi ncrcat complet pn la sarcina normat. NEMA (National Electrical Manufacturers Association) ofer unele indicaii ct trebuie s fie subncrcat motorul n prezena armonicilor de tensiune.

Motoarele de eficien ridicat (clasa A de eficien) economisesc nu numai energie i n acest fel i bani, dar sunt i mult mai robuste la problemele menionate mai nainte. Prin utilizarea de material mai mult i mai bun, sunt mai reci n funcionare i sunt astfel mai adecvate s transfere cldura suplimentar generat de armonici sau de curentul de pornire dup un gol de tensiune.

Circuite dedicate Sarcinile care sunt sensibile la poluarea armonic trebuie s fie alimentate prin circuite

dedicate. Sarcinile mari trebuie s aib de asemenea circuitul lor propriu, pentru a nu afecta alte sarcini pe durata punerii n funciune.

Conform analizei efectuate, 25 % dintre locaii utilizeaz soluia circuitelor separate.

Cabluri multiple pentru sarcinile nelineare n afara cldurii suplimentare generat de curentul electric prin conductorul de nul,

aria seciunii transversale a cablului se reduce datorit efectului pelicular, avnd efect ncepnd cu armonica de rang 7. Utilizarea diametrelor mai mari ale cablurilor nu este o soluie, deoarece curentul va continua s fie refulat spre periferia conductorului. Prin urmare este necesar a utiliza mai multe cabluri plasate n paralel, astfel nct s se asigure alimentarea.


11

Recablarea complet a instalaiei Este o msur destul de drastic (cu excepia cazului n care este parte a unei

modernizri importante), dar frecvent adoptat, atunci cnd instalaiile vechi nu au fost proiectate pentru a face fa sarcinilor moderne.

Conform analizei a 1400 cldiri, aceast soluie a fost adoptat n 24 % dintre cazuri. Zonarea sarcinilor electrice Diferitele tipuri de sarcini prezint diferite cerine relativ la EMC, continuitate i

siguran n alimentare. De aceea este necesar clasificarea sarcinilor electrice n diferite categorii, fiecare cu propriul traseu, legtur la pmnt sau alimentare de siguran.

Priz de pmnt sub form de reea Cerina de a obine o impedan redus a circuitului de pmnt pentru un larg spectru

de frecvene necesit realizarea unei prize de pmnt sub form de reea, pentru fiecare etaj, cu multiple legturi verticale.

Filtre pasive Este o soluie larg ntlnit, care poate fi aplicat pentru sarcini individuale sau

centralizate. Atunci cnd filtrul este plasat ct mai aproape posibil de punctul de generare a armonicilor, se poate asigura c filtrarea va rmne eficient pe durata multor schimbri care intervin n mod obinuit ntr-o cldire cu birouri. Dezavantajul const n aceea c este prevzut o capacitate de filtrare mai mare dect cea necesar n prezent (ceea ce nseamn c nu a fost luat n considerare diversitatea sarcinilor), iar filtrele individuale de capacitate redus sunt mai scumpe dect o unitate centralizat.

Pe de alt parte, unitatea centralizat ofer posibilitatea realizrii unei combinaii de filtru pasiv cu un echipament de corectare a factorului de putere. La proiectarea acestor funciuni n comun este necesar a adopta msuri pentru evitarea rezonanelor pe frecvenele armonice. n mod uzual, echipamentele combinate pentru corectarea factorului de putere i filtrare sunt plasate centralizat, asigurnd economii prin limitarea diversitii, reducerea volumului necesar de semnale de comand, posibilitatea de a asigura o reglare de calitate ridicat a factorului de putere, fr riscul unei autoexcitri a motoarelor. Deoarece mediul armonic al sarcinii se modific treptat, este necesar a se asigura c filtrele rmn funcionale.

Filtre active Este cea mai bun soluie practic, dar are preul ei. Totui, este extrem de flexibil i

adaptabil i este utilizat n special atunci cnd au loc modificri ale mediului armonic. De aceea este utilizat n mod selectiv.

Recablarea pentru sistem TN-S Sistemele TN-C, cu aa numitul conductor PEN, sunt n prezent o excepie, dei n

unele ri sunt nc n funciune. n normativele europene, conductorul PEN este n prezent considerat ca un caz special. Pentru cldirile cu sisteme informatice puternice, sistemul TN-C nu mai este permis de mult. Din punctul de vedere al EMC, sistemul TN-S este superior.

Supradimensionarea conductorului de nul n cele mai multe normative actuale se impune utilizarea conductorului de nul cu

seciune 100 % (n raport cu conductorul de faz), cu excepia cazului n care se poate arta faptul c o seciune mai mic este suficient. Acolo unde intervin armonicile, conductorul de nul dimensionat pentru 100 % - capabil s transfere actualul curent de nul - trebuie, n unele normative de instalaii, s fie protejat eficient contra supracurenilor .


12

Concluzii

Calitatea energiei electrice este un domeniu complex, acoperind o arie numeroas de probleme, pentru fiecare existnd un mare numr de soluii. n prezent, multe locaii energointensive sunt afectate ntr-o oarecare msur de o calitate redus a energiei electrice, dar multe locaii au adoptat deja unele soluii. Acestea constau n mod obinuit n procurarea de UPS, de generatoare de intervenie, adoptarea de msurtori ale valorii efective adevrate i suplimentate cu o serie de alte msuri, de exemplu priz de pmnt sub form de reea, recablarea n sistem TN-S, utilizarea filtrelor active etc.

Este improbabil ca o singur soluie s fie eficient. Este necesar o proiectare atent a unui complet de soluii, adaptate la problemele de calitate a energiei electrice care apar n exploatare i bazate pe nelegerea n detaliu a cauzelor problemelor de calitate a energiei electrice.

Caracterizarea problemelor de CEE Categorie Durat Amplitudine

Impulsuri nsms - Fenomene tranzitorii Oscilaii 3 s5 ms 08 u.r. Goluri de tensiune

0.530 cicluri 0.10.9 Instantanee

Supratensiuni 0.530 cicluri 1.11.8 ntreruperi 0.5 cicluri3 s < 0.1 u.r Goluri de tensiune

30 cicluri 3 s 0.10.9 Momentane

Supratensiuni 30 cicluri 3 s 1.11.4 ntreruperi 3 s1 min < 0.1 u.r Goluri de tensiune

3 s1 min 0.10.9

Fenomene de scurt durat

Temporare

Supratensiuni 3 s1 min 1.11.4 ntreruperi > 1 min - Goluri de tensiune

> 1 min 0.809 Fenomene de lung durat

Supratensiuni > 1 min 1.11.2 Nesimetrie de tensiune Regim stabilizat 0.52 %

Component c.c.

Regim stabilizat 00.1 %

Armonici Regim stabilizat 020% Interarmonici Regim stabilizat 02%

Impulsuri Regim stabilizat -

Distorsiui ale curbelor de tensiune/curent

Zgomot Regim stabilizat 01% Flcutuaii de tensiune (flicker) Regim stabilizat 0.17%

Variaii de frecven < 10 s -

1 Managementul calitii energiei

Curs 3Curs 3Curs 3Curs 3

CALITATEA ENERGIEI N PIEELE LIBERALIZATE

1. Sistemul indicatorilor calitii energiei electrice 1.1. Cerine privind elaborarea unor acte normative privind calitatea energie electrice 1.2. Sisteme de indicatori folosite n lume i n Romnia pentru asigurarea calitii energiei electrice 1.3. Indicatori i valori normate pentru aprecierea calitii frecvenei 1.4. Indicatori i valori normate pentru aprecierea calitii tensiunii

2. Aspecte de legislaie, standarde i normative europene i naionale, perspective.

1. SISTEMUL INDICATORILOR CALITII ENERGIEI ELECTRICE

Promovarea riguroas a unei politici a calitii n sistemul energetic, presupune definirea i promovarea unei legislaii noi, adecvate i armonizat cu reglementrile adoptate la nivel internaional, care vizeaz responsabilitatea furnizorilor pentru eventualele daune pricinuite utilizatorilor prin livrarea unor produse de calitate necorespunztoare contractelor dintre agenii economici. Aceste reglementri trebuie s constituie baza legal a protejrii consumatorilor i stabilesc obligaii i rspunderi precise pentru toi partenerii de afaceri implicai pe ntregul traseu producie-consum. Calitatea energiei electrice depinde ns nu numai de furnizor, ci i de toi consumatorii racordai la aceeai reea de alimentare. Este deci necesar elaborarea unor recomandri i/sau norme acceptate internaional, fie cu privire la nivelul admisibil al perturbaiilor, fie cu privire la capacitatea receptoarelor electrice de a face fa situaiei.

1.1. Cerine privind elaborarea unor acte normative privind calitatea energie electrice

Pentru a putea fi bine utilizate n cadrul noilor relaii de furnizare a energiei electrice, actele normative, standardele i/sau prescripiile referitoare la CEE trebuie revizuite i perfecionate, unele dintre acestea chiar elaborate pe principii noi.

1.1.1. Setul de indicatori ai calitii energiei electrice CEE Sistemul de indicatori ai calitii energiei electrice trebuie s permit msurarea/estimarea nivelului de calitate ntr-un anumit punct al reelei i la un moment dat, precum i compararea informaiei obinute cu nivelul considerat optim sau, cel puin tolerabil, de majoritatea consumatorilor racordai la reeaua electric respectiv. Indicatorii CEE trebuie:

definii ca mrimi statistice, ntr-un interval de timp, trebuie s fie suficient de universali, pentru a fi posibil folosirea lor practic n

proiectare i/sau exploatare, precum i nfptuirea unui control metodologic de mas, cu precizia necesar, utiliznd dispozitive relativ simple i ieftine, att n reelele furnizorilor, ct i la abonai,


trebuie s permit o departajare, fr echivoc, a rspunderilor pentru nerespectarea condiiilor de calitate, ce trebuie s revin furnizorului, de cele de care sunt rspunztori abonaii,

trebuie s fie uor perfectibil, pentru a putea surprinde rapid i ct mai complet multiplele aspecte, care definesc la o anumit etap CEE,

trebuie s fie ct mai puin la numr, trebuie s fie clar i precis delimitai, pentru a caracteriza ct mai exact toate

proprietile distinctive ale energiei electrice, ntr-un regim de funcionare stabilizat al SEN.

1.1.2. Valorile normate pentru indicatorii de calitate a energiei electrice Actele normative privind CEE trebuie s constituie documentele pe baza crora se stabilete sistemul de relaii reciproce dintre ntreprinderile furnizoare de energie electric i abonai. Nivelul admisibil de perturbaii, care poate fi suportat de un echipament, depinde n mod esenial de caracteristicile locale ale reelei n punctul de racordare. Din acest motiv, normele de calitate ai energiei electrice trebuie precizate n funcie de tipul i tensiunea reelei la care se refer i trebuie precizat punctul n care se normeaz indicatorii de calitate:

- la bornele receptoarelor - la punctul de delimitare a reelei furnizorului de cea a abonatului - n reeaua de transport etc.

Normarea unor valori i/sau tolerane admisibile pentru indicatorii de calitate, trebuie realizat pe baza unei cunoateri foarte exacte a efectelor noncalitii n diferitele sectoare de activitate. Abaterea indicatorilor de calitate a energiei electrice de la un nivel considerat optim, (sau cel puin tolerabil) de majoritatea utilizatorilor racordai la acelai nod de consum energetic, poate conduce la implicaii economice, ecologice i sociale. La estimarea prejudiciilor datorate lipsei de calitate i, implicit, la normarea indicatorilor de calitate, trebuie s se in seama de legturile de interdependen, care exist ntre unii indicatori de calitate.

1.1.3. Controlul i asigurarea calitii energiei electrice Actele normative privitoare la calitatea energiei electrice trebuie s conin referiri i la controlul CEE: periodicitatea i durata msurtorilor, precizia necesar etc. Valorile normate ale indicatorilor de calitate trebuie asigurate n regim normal de exploatare i sunt necesare rezerve pentru situaiile critice n care se pot afla sistemele energetice, evitndu-se unele consecine foarte grave. n concluzie, normele de calitate a energiei electrice trebuie s conin referiri cu privire la indicatorii ce trebuie asigurai n regimuri de avarie i post-avarie sau s includ meniuni cu privire la dispozitivele de compensare necesare.

1.2. Sisteme de indicatori folosite n lume i n Romnia pentru asigurarea calitii energiei electrice

n majoritatea rilor sistemul de indicatori ai calitii energiei electrice este format dintr-o serie de caracteristici cantitative ale: variaiilor lente (abateri) ale valorii efective a tensiunii


variaiilor rapide (fluctuaii) ale valorii efective a tensiunii formei i simetriei n sistemul trifazat variaiilor lente/rapide ale frecvenei.

n Romnia nu exist un sistem unitar de indicatori ai calitii energiei electrice, fiind definii i normai individual, prin diferite acte normative, doar o parte din parametrii care pot prezenta interes n monitorizarea calitii.

1.3. Indicatori i valori normate pentru aprecierea calitii frecvenei

Alegerea frecvenei de funcionare ntr-un sistem energetic este de fapt o problem de compromis optim, care trebuie s ia n considerare cerinele diferite, cu privire la frecven, ale celor trei sectoare de baz din sistem: producere, transport i utilizare a energiei electrice. Prin urmare, alegerea unei frecvene optime de funcionare, unic pentru ntreg sistemul energetic, s-a efectuat pe baza unui compromis, n majoritatea rilor ntre anii 1920-1930 (n Romnia n perioada 1953-1959), i s-a ales valoarea de 50 Hz. Astzi, innd cont de progresele tehnologice, se apreciaz c valoarea optim a frecvenei ar fi deja peste aceast valoare.

1.3.1. Indicatori de estimare a variaiilor frecvenei

n Romnia, delimitarea variaiilor lente ale frecvenei de cele rapide nu este reglementat. n Uniunea Statelor Independente se folosete drept criteriu de delimitare viteza de variaie a frecvenei pentru o valoare de 0,2 Hz/s. Un indicator foarte folosit pentru estimarea variaiilor lente de frecven este abaterea frecvenei fa de valoarea nominal, exprimat prin relaii de forma: [ ]Hzfff N= , (1) sau:

[ ] ( )1001100% == fffff

N

N, (2)

unde f reprezint valoarea frecvenei la un moment dat, exprimat n Hz, fN - frecvena nominal, egal cu 50 Hz i f - frecvena relativ sau nivelul de frecven la un moment dat. Lund n considerare variaia n timp a frecvenei sistemului, se definete abaterea medie a frecvenei fa de valoarea sa nominal, ntr-un interval de timp T:

( ) ( ) [ ]%100100

dtfftf

Tdttf

Tf

T

N

NT

== , (3)

sau:

( ) [ ]%1100 = ff , (4) n care f este nivelul mediu de frecven pe intervalul T. n calculul statistic, variabilele aleatoare se reprezint sub forma unei perechi de valori, care este compus din valoarea medie i abaterea medie ptratic fa de valoarea medie, respectiv, coeficientul de variaie al variabilei aleatoare. Abaterea medie ptratic a nivelului de frecven ( )f se determin cu relaia: ( )[ ] [ ]

100%1

0

2 fT

f dtftfT

==

. (5)


Coeficientul de variaie a unei mrimi aleatoare este un alt indicator sintetic adimensional al mprtierii statistice a datelor n jurul valorii medii. Coeficientul de variaie a frecvenei este: ffcv

fff

=

=

, (6)

unde f reprezint frecvena medie pe intervalul T, n Hz, iar f - abaterea medie ptratic a frecvenei fa de valoarea sa medie, n Hz.

1.3.2. Valori normate pentru frecven

Variaiile frecvenei influeneaz funcionarea majoritii instalaiilor electrice. Majoritatea receptoarelor electrice accept limite de imunitate la variaii de frecven de aproximativ 1 Hz (2%). Unele studii mai recente demonstreaz c aproape toi consumatorii funcioneaz stabil la frecvena de 48,5 Hz ( )97,0=f i chiar sub aceast valoare, respectiv, la frecvene care nu depesc valoarea de 51,5 Hz. Prin urmare, valorile de 1 Hz, considerate ca limite admisibile pentru abaterile de frecven, nu sunt susinute ntotdeauna de considerente tehnologice. n cazul motoarelor de curent alternativ, STAS 1893 recomand ca abaterile frecvenei fa de valoarea nominal s nu depeasc 5%. n cazul unor abateri simultane de frecven i tensiune, unde suma valorilor absolute ale acestor abateri nu depete 5%, motorul trebuie s dezvolte puterea nominal. Uniunea pentru Coordonarea Produciei i Transportului de Energie Electric (cuprinde 12 ri europene), recomand ca serviciile proprii ale centralelor electrice s fie astfel concepute nct, n caz de avarii nsoite de scderea frecvenei, pentru urmtoarele valori ale parametrilor:

48,4 Hz


pozitive. n condiii de avarie, n majoritatea rilor, se accept abateri de frecven ceva mai mari (-5%...+2%).

n Romnia , Regulamentul pentru furnizarea i utilizarea energiei electrice prevede obligaia furnizorului de a menine frecvena de 50 Hz, cu o abatere de cel mult 0,5 Hz (1%). n condiiile funcionrii SEN interconectat, limita superioar admis este de +0,05 Hz.

1.4. Indicatori i valori normate pentru aprecierea calitii tensiunii

Procesul aleator de variaie a tensiunii, n orice punct al unei reele, poate fi reprezentat prin suprapunerea urmtoarelor componente:

variaii lente (cu o periodicitate apropiat de 24 ore), care n general se datoresc variaiilor progresive ale sarcinii i sunt mai mult sau mai puin compensate prin reglajul sub sarcin al transformatoarelor; variaiile lente tipice sunt de ordinul 10%, pe o durat de aprox.10 min;

variaii rapide (cu o perodicitate de la o variaie pe or la aproximativ 40-50 variaii pe secund), care se datoresc, de cele mai multe ori, instalaiilor consumatorilor, ca urmare unor cereri aleatoare (pornirea unor mari cuptoare cu arc) i/sau neregulate (posturi de sudur); de regul amplitudinea variaiilor rapide nu depete 10%;

goluri de tensiune sunt provocate de scurtcircuitele aprute n reelele furnizorului i/sau ale consumatorilor, care determin aciunea proteciilor prin relee i a automatizrilor (AAR, RAR etc.) ; amplitudinea golurilor este cuprins ntre o valoare minim de ordinul - 10%... - 20% i ajunge pn la -100%, cu o durat de 10 ms 20 s (n Romnia durata este de cel mult 3 s); amplitudinea i durata golului depinde de configuraia i caracteristicile reelei, de tipul scurtcircuitului, de modul de eliminare a defectului;

impulsuri de tensiune, determinate de descrcrile atmosferice, funcionarea aparatelor de comutaie sau a unor receptoare; amplitudinea acestora poate depi de cteva ori valoarea nominal, durata sub 10 ms.

Modul de reacie diferit al receptoarelor electrice la diverse tipuri de variaii ale tensiunii de alimentare necesit stabilirea unor indicatori, care s caracterizeze ct mai corect fenomenele i care s fie folosii pentru cuantificarea nivelului de calitate a energiei electrice ce trebuie asigurat consumatorilor. ntre diveri indicatori folosii exist relaii strns interdependen, anumii indicatori fiind chiar deductibili din ceilali.

1.4.1. Indicatori i valori normate pentru variaii lente de tensiune

Variaii lente = variaiile tensiunii de aproximativ 10...20% fa de valoarea nominal, cu o periodicitate de cel puin 5-10 minute.

Indicatori pentru aprecierea variaiilor lente de tensiune - abaterea tensiunii fa de valoarea sa nominal sau fa de valoarea sa medie - nivelul de tensiune - iregularitatea tensiunii.

Abaterea de tensiune ntr-un anumit punct al reelei Abaterea de tensiune ntr-un anumit punct al reelei se estimeaz, de regul, prin diferena dintre valoarea tensiunii de serviciu i a celei nominale, n cadrul unui proces determinist sau prin


diferena dintre valoarea medie i cea nominal, n condiiile unei variaii aleatoare a tensiunii, n care caz timpul ales pentru mediere depinde de caracteristicile concrete ale proceselor din instalaiile respective. Abaterea de tensiune fa de valoarea nominal se exprim n procente din tensiunea nominal a instalaiei cu relaia:

( ) [ ],%100.1100. == uU

UUUN

NS (7)

unde SU este tensiunea de serviciu a reelei, respectiv tensiunea dintre dou faze ale reelei electrice, msurat ntr-un anumit punct i la un moment dat , NU este tensiunea nominal a reelei, respectiv tensiunea prin care este denumit reeaua i la care se face referirea pentru anumite caracteristici ale funcionrii acesteia iar u este nivelul de tensiune care caracterizeaz, printre altele, distana electric a punctului de reea analizat fa de sursa de producere a puterii reactive: dac punctul este apropiat de aceast surs 1>u , iar dac este situat la extremitile reelei atunci 1


Gradul de iregularitate a tensiunii sau valoarea medie ptratic a abaterii de tensiune Acest indicator a fost introdus de P. Ailleret, pentru evaluarea calitii energiei electrice din punct de vedere a variaiilor lente ale tensiunii i se determin cu relaia:

( )[ ] ( )[ ] [ ]20

22

0

22 %1100.1 dttuT

dttUT

TT

q == . (11)

ntre dispersia abaterilor de tensiune fa de abaterea medie se poate stabili o relaie de legtur: ( )[ ] ( )[ ] ( ) ( ) [ ]222

0

2

00

2

0

22 %211 UdtTUdttUU

TdttU

TdtUtU

T qTTTT

U =

+== .

Prin urmare gradul de iregularitate se exprim cu relaia:

( ) [ ]2222 %UUq += (12) O variant a gradului de iregularitate, n exprimare energetic, aparine lui Gaussens:

( )[ ] ( )

( )( )[ ] [ ]

=

=

T

T

T

qW kWhdWtUWdttP

dttPtU

0

22

0

0

2

2 %1 , (13)

unde ( )tP reprezint curba de sarcin a consumatorului la bornele cruia se apreciaz calitatea tensiunii, pe intervalul T, iar W energia consumat n intervalul de timp T.

1.4.2. Indicatori i norme pentru impulsuri de tensiune (supratensiuni)

Impuls de tensiune = creterea brusc a tensiunii, pe un interval de timp de la cteva microsecunde la zeci de milisecunde, dup care urmeaz restabilirea tensiunii la nivelul iniial. Problema considerrii unor indicatori privind impulsurile de tensiune printre indicatorii calitii energiei electrice este deocamdat mai puin studiat. Supratensiunile sunt abordate n legtur cu probleme de alegere i coordonare a izolaiei, avnd drept scop reducerea deteriorrilor provocate de solicitrile dielectrice aplicate echipamentelor electrice i deci creterea siguranei n funcionare a instalaiilor. Un echipament electric este proiectat, din punct de vedere al izolaiei, s funcioneze la o tensiune maxim admisibil, care este cea mai mare valoare efectiv a tensiunii ntre faze pentru care este proiectat s funcioneze echipamentul din punct de vedere al izolaiei acestuia i al altor caracteristici care pot fi legate de aceast tensiune. Aceast tensiune trebuie ns s fie cel puin egal cu valoarea maxim a tensiunii de serviciu a reelei n care va fi utilizat echipamentul, n condiii normale de exploatare. Supratensiunile care apar ntr-un punct al reelei pot fi:

de trsnet: care apar datorit unei descrcri atmosferice sau a unei alte cauze fiind de obicei de o singur polaritate i de durat foarte scurt (au amplitudinea de ordinul miilor de kV i durata de ordinul microsecundelor,

de comutaie: care apar datorit unei operaii de comutare, a unui defect sau a altor cauze fiind de obicei puternic amortizate (de 1,5-3 ori valoarea de vrf a tensiunii de linie sau de faz) i de scurt durat (jumtate de und la frecvena reelei),

temporare: care sunt provocate de comutaii (deconectarea brusc a unei sarcini importante), de apariia unor defecte (de exemplu monofazate) sau de unele fenomene


neliniare (ferorezonan, armonic

curs cee

Documents