iejt 4 _ fa.ct de putere

10
INSTALAŢII ELECTRICE PENTRU AMELIORAREA FACTORULUI DE PUTERE 1. Circulaţia de putere (energie) în curent alternativ O reţea de curent alternativ conţine pe lângă elementele active (rezistenţe) şi elemente reactive (inductivităţi, capacităţi), iar datorită acestora, circulaţia de putere (energie) activă este însoţită de o circulaţie de putere (energie) reactivă. În regim permanent sinusoidal, un dipol liniar alimentat cu tensiunea ( = u t U u g w + = sin 2 şi parcurs de curentul (determinat de sarcina conectată la ieşire) ( = i t I i g w + = sin 2 schimbă cu exteriorul o putere instantanee: ( = ( = ( = i u i u t UI UI t I t U ui p g g w j g w g w + + - = + + = = 2 cos cos sin 2 sin 2 unde i u γ - γ = ϕ este defazajul dintre tensiunea la borne şi curent. Se observă că puterea instantanee este o mărime periodică constituită dintr-o componentă constantă şi o componentă variabilă în timp (oscilantă) de frecvenţă dublă. Puterea activă definită prin: 2 0 1 cos RI dt p T UI P T = = = j este valoarea medie a puterii instantanee p luată pe un număr întreg de perioade (R fiind rezistenţa circuitului). Mai clar, expresia puterii instantanee poate fi adusă în forma echivalentă: ( = ( = i i i u t UI UI t UI UI p g j w j g g g w j 2 2 cos cos 2 2 cos cos + + - = + - + - = ( = [ ] ( = o p i i p p t UI t UI + = + + + - = g w j g w j 2 sin sin 2 cos 1 cos Primul termen notat p p se numeşte putere instantanee de pulsaţie şi este o mărime pulsatorie (armonică) şi totdeauna pozitivă, aşa cum se vede în graficul din Fig.X.1. Se observă că puterea activă este tocmai valoarea medie a puterii instantanee de pulsaţie, iar circulaţia de putere activă are loc într-un singur sens, de la generator la receptor. Energia activă reprezintă componenta utilă a energiei vehiculate în sistem şi singura care poate fi transformată în alte forme de energie. Al doilea termen notat p o se numeşte putere instantanee de oscilaţie şi este o mărime armonică cu frecvenţa dublă faţă de cea a sursei de alimentare. Puterea instantanee de oscilaţie oscilează neamortizat între generatorul exterior şi dipol. Matematic, media acesteia este 0 şi, atunci, se convine a se utiliza ca măsură a acestei puteri amplitudinea ei: 2 sin XI UI Q = = j unde X este reactanţa circuitului. Energia reactivă este energia schimbată reciproc de generator şi receptor. Astfel, în decursul unei perioade, energia câmpului electromagnetic este trimisă de două ori de către generator în reţea şi este totodată reprimită de două ori de generator din reţea. T wt wt pp po 0 0 UIcosj=P 2UIcosj UIsinj -UIsinj = T p P dt p T 0 1 = T o dt p T 0 0 1 Fig.X.1 M ~ G ~ Q P Fig. X.2

Upload: adrian-culica

Post on 11-Nov-2015

217 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

.

TRANSCRIPT

  • INSTALAII ELECTRICE PENTRU AMELIORAREA FACTORULUI DE PUTERE

    1. Circulaia de putere (energie) n curent alternativ

    O reea de curent alternativ conine pe lng elementele active (rezistene) i elemente reactive (inductiviti, capaciti), iar datorit acestora, circulaia de putere (energie) activ este nsoit de o circulaie de putere (energie) reactiv.

    n regim permanent sinusoidal, un dipol liniar alimentat cu tensiunea ( )utUu gw += sin2 i parcurs de curentul (determinat de sarcina conectat la ieire) ( )itIi gw += sin2 schimb cu exteriorul o putere instantanee:

    ( ) ( ) ( )iuiu tUIUItItUuip ggwjgwgw ++-=++== 2coscossin2sin2

    unde iu g-g=j este defazajul dintre tensiunea la borne i curent. Se observ c puterea instantanee este o mrime periodic constituit dintr-o component constant i o component variabil n timp (oscilant) de frecven dubl.

    Puterea activ definit prin:

    2

    0

    1cos RIdtpT

    UIPT

    === j

    este valoarea medie a puterii instantanee p luat pe un numr ntreg de perioade (R fiind rezistena circuitului). Mai clar, expresia puterii instantanee poate fi adus n forma echivalent:

    ( ) ( )iiiu tUIUItUIUIp gjwjgggwj 22coscos22coscos ++-=+-+-= ( )[ ] ( ) opii pptUItUI +=+++-= gwjgwj 2sinsin2cos1cos

    Primul termen notat pp se numete putere instantanee de pulsaie i este o mrime pulsatorie (armonic) i totdeauna pozitiv, aa cum se vede n graficul din Fig.X.1. Se observ c puterea activ este tocmai valoarea medie a puterii instantanee de pulsaie, iar circulaia de putere activ are loc ntr-un singur sens, de la generator la receptor.

    Energia activ reprezint componenta util a energiei vehiculate n sistem i singura care poate fi transformat n alte forme de energie.

    Al doilea termen notat po se numete putere instantanee de oscilaie i este o mrime armonic cu frecvena dubl fa de cea a sursei de alimentare. Puterea instantanee de oscilaie oscileaz neamortizat ntre generatorul exterior i dipol. Matematic, media acesteia este 0 i, atunci, se convine a se utiliza ca msur a acestei puteri amplitudinea ei:

    2sin XIUIQ == j

    unde X este reactana circuitului.

    Energia reactiv este energia schimbat reciproc de generator i receptor. Astfel, n decursul unei perioade, energia cmpului electromagnetic este trimis de dou ori de ctre generator n reea i este totodat reprimit de dou ori de generator din reea.

    T

    wt

    wt

    pp

    po

    0

    0

    UIcosj=P

    2UIcosj

    UIsinj

    -UIsinj

    =T

    p PdtpT 0

    1

    =T

    odtpT 001

    Fig.X.1

    M ~

    G ~

    Q

    P

    Fig. X.2

  • Energia reactiv nu este utilizabil practic, nefiind posibil conversia n alte forme de energie, dar ncarc suplimentar reeaua electric.

    Puterea aparent se definete prin 2ZIUIS ==

    unde Z este impedana total a circuitului. Ea reprezint un maxim al puterii active n raport cu unghiul de defazaj j i este puterea limit pe care un generator este capabil s o furnizeze unui receptor pur rezistiv i este o caracteristic a oricrui generator. Puterea aparent caracterizeaz totodat limitele de funcionare ale mainilor, liniilor de transport i a aparatelor electrice, cci echipamentele electrice sunt proiectate pentru o anumit putere aparent S.

    n absena receptoarelor deformante, puterea complex este

    jQPS += , cu modulul 22 QPS +=

    relaie ilustrat grafic prin aa numitul triunghi al puterilor (Fig.X.3).

    Majoritatea receptorilor ce aparin unui consumator de energie electric au un caracter inductiv, curentul de sarcin al consumatorului fiind defazat de regul n urma tensiunii. n acest caz, se consider convenional, c puterea reactiv este pozitiv (QL>0) i c receptoarele reprezint receptori de putere reactiv. Pentru alte receptoare, curentul absorbit este naintea tensiunii, puterea reactiv este negativ (QC

  • sistemul energetic naional 920,cos * =jn .

    2. Cauzele unui factor de putere sczut

    Din punct de vedere al puterii reactive deosebim receptoare inductive ce solicit din sistem putere reactiv pentru producerea cmpului magnetic propriu (motoare asincrone, transformatoare, bobine de reactan, balastul lmpilor cu descrcare etc.) i receptoare capacitive care furnizeaz putere reactiv sistemului (condensatoare statice, maini sincrone supraexcitate etc.). n calcule, puterile cerute de la reeaua de alimentare se consider pozitive (P>0 i Q>0), iar cele furnizate acesteia se consider negative (P

  • - factorul de putere scade rapid cu reducerea gradului de ncrcare , indiferent de factorul de putere nominal cosn al motorului asincron;

    - la aceiai variaie , factorul de putere se modific mai mult la motoarele ce au factorul de putere nominal mai mic;

    La o cretere a tensiunii de alimentare cu mai mult de 10% apare saturarea circuitului magnetic, ceea ce conduce la creterea consumului de putere reactiv.

    B. La transformatoare, puterea reactiv de magnetizare este dat de:

    nnFe SSiVfBQ @=m

    = 080250 02 ,,

    i se observ ca nu este influenat de sarcina vehiculat S, dar depinde de creterea tensiunii de alimentare care va majora curentul relativ de magnetizare io i de putere nominal Sn a transformatorului.

    La transformatoare, puterea reactiv de dispersie este dependent de tensiunea relativ de scurtcircuit usc, puterea aparent Sn i factorul de ncrcare b, conform relaiei:

    nnscd SSuQ 0202 ,@b=

    cu: =Sm/Sn, Sm - puterea medie sau medie ptratic pe intervalul de timp dat.

    3. Efectele unui factor de putere redus

    Funcionarea instalaiilor electrice ale unui consumator la un factor de putere redus prezint o serie de dezavantaje att pentru furnizorul de energie electric, ct i pentru consumatorul nsui, precum:

    a) Sporirea investiiilor n liniile de transport i distribuie a energiei electrice pentru care se accept funcionarea la un factor de putere sczut. n acest regim de funcionare, la aceeai putere activ P consumat (transformat n lucru util), curentul

    jcos3 nUPI =

    este mai mare din cauza unui cosj mai mic i atunci, prin calculul de dimensionare vor rezulta seciuni ale conductoarelor mai mari, aparate de protecie i comutaie de capacitate mai mare, ntreruptoare cu putere de rupere mrit etc.

    b) Pierderile de putere n liniile de transport i distribuie sunt date de :

    jj 2222

    2

    cos1

    cos333

    URP

    UPRRIP =

    ==

    i se observ c variaz invers proporional cu ptratul factorului de putere la P=ct. i U=ct. Astfel, dac aceiai putere activ P este transportat sub factori de putere diferii 21 j

  • de transport este puterea aparent. Dar, la aceeai putere aparent S (la aceeai limit maxim de ncrcare a reelei) corespund mai multe puteri active 11 j= cosSP , 22 j= cosSP funcie de valoarea factorului de putere. Dac 12 coscos jj < vom avea P2< P1, datorit creterii consumului de putere reactiv.

    e) Regimul deformant este datorat receptoarelor consumatorului i conduce la mai multe efecte negative. Pe de o parte are loc scderea factorului de putere (ntruct S crete prin apariia lui D), iar pe de alt parte se constat: amplificarea armonicelor de tensiune i curent, fenomene de rezonan armonic, cupluri parazite de frnare n motoarele electrice, pierderi suplimentare de tensiune i putere etc.

    4. mbuntirea factorului de putere

    Necesitatea ameliorrii (mbuntirii, compensrii) factorului de putere prin reducerea puterilor reactive i deformante este impus de faptul c marea majoritate a receptoarelor electrice, dei lucreaz la sarcina nominal, au un factor de putere cu mult sub cel neutral. Din aceast cauz msurile de mbuntire a factorului de putere urmresc simultan dou obiective i anume:

    - aducerea factorului de putere al receptoarelor n exploatare la valori ct mai apropiate de cea nominal;

    - creterea factorului de putere cel puin pn la valoarea factorului de putere neutral.

    Corespunztor acestor criterii, metodele de compensare a factorului de putere se grupeaz n: mijloace naturale ce constau n aplicarea unor msuri tehnico-organizatorice i mijloace speciale ce presupun instalarea unor surse de putere reactiv, de regul baterii de condensatoare.

    4.1 Mijloace naturale de ameliorare a factorului de putere

    Mijloacele naturale de ameliorare a factorului de putere se refer la alegerea i exploatarea corect a utilajelor din instalaiile consumatorului i anume:

    4.1.1 Mijloacele naturale de ameliorare n cazul motoarelor electrice

    a) nlocuirea motoarelor asincrone supradimensionate cu altele de putere mai mic se recomand atunci cnd: nu apar suprasarcini de durat n timpul funcionrii, reducerea puterii nu afecteaz randamentul energetic al utilajului prin creterea excesiv a pierderilor n noul motor, exist condiii de montaj corespunztoare.

    Schimbarea motorului este rentabil dac rezult o reducere de putere activ n noul motor i n sistemul electroenergetic, iar cheltuielile ocazionate de nlocuire se amortizeaz n 7 ani.

    n practic, motoarele cu 0,45 se nlocuiesc fr nici un calcul economic dac la pornire este asigurat cuplul necesar pornirii, cele cu 0,7 sau care funcioneaz sub 1500 ore/an nu se nlocuiesc, iar pentru cele cu =0,45..0,7 se impune un calcul de eficien tehnico-economic pe baza cruia se ia decizia de nlocuire sau nu.

    b) nlocuirea motoarelor asincrone cu motoare sincrone se face pe baza unui studiu tehnico-economic att n faza de proiectare, ct i n cazul instalaiilor n funciune, numai dac procesul tehnologic permite acest lucru (absena ocurilor de sarcin, turaie constant, porniri adecvate etc.). Avantajul metodei const n capacitatea motorului sincron de a funciona la orice factor de putere, inductiv sau capacitiv sau egal cu 1, prin reglarea curentului de excitaie.

    Altfel spus, motorul sincron poate fi utilizat cu dublu scop, de producere a lucrului mecanic util i, totodat, ca surs de energie reactiv, cnd funcioneaz supraexcitat, de obicei la un factor de putere capacitiv de 0,8. n practic, nlocuirea se recomand pentru puteri de peste 100kW i, de multe ori, se are n vedere chiar o supradimensionare a motorului sincron fa de puterea mecanic cerut. Astfel, cu o investiie suplimentar minim se poate acoperi o mai mare parte din necesarul de putere reactiv.

    c) Alimentarea motoarelor asincrone cu tensiune redus const n comutarea conexiunilor nfurrilor statorice din triunghi (D) n stea (Y), numai dac varianta constructiv de main permite acest lucru (cazul motoarelor cu pornire stea-triunghi manual sau automat). Prin aceast metod tensiunea aplicat nfurrii se reduce de 3 ori, ceea ce conduce la scderea curentului de magnetizare i, implicit, a puterii reactive. Totodat, cuplul dezvoltat de motor scade de trei ori (cu ptratul raportului tensiunilor).

    Funcionarea n conexiunea stea va fi stabil doar dac valoarea cuplului rezistent pe arbore este de cel mult 0,44Mn, altfel maina se supranclzete. ntr-adevr, dac avem n vedere proporionalitile dintre cuplurile de desprindere Md i cele nominale Mn pentru cele dou conexiuni

  • DD @ nd MM 2 D=@ nnd MMM 322 Y Y

    atunci, rezult pentru cuplul maxim pe arbore la conexiunea stea valoarea:

    DD @= nnd MM

    MM 440

    542 ,,max 1,5

    Y

    pentru un coeficient de siguran de 1,5.

    Randamentul i factorul de putere pentru un motor care lucreaz n conexiunea stea sau triunghi a nfurrilor statorice prezint valori diferite (fig.10.3) n zona ncrcrilor reduse. Utilizarea conexiunii stea la b0,5 este performant prin scderea pierderilor n circuitul magnetic. Raportul randamentelor Dhh= /YA i factorilor de putere D= jj cos/cos YB pentru celor dou conexiuni (fig.10.4) este supraunitar n domeniul b0,5 i care se recomand pentru conexiunea stea.

    4.1.2 Mijloacele naturale de ameliorare n cazul transformatoarelor

    a) nlocuirea transformatoarelor slab ncrcate cu altele de putere mai mic este eficient numai dac are loc o reducere a pierderilor de energie n transformator, n reeaua consumatorului i n sistemul de alimentare. Metoda se recomand numai cnd transformatoarele vizate au o ncrcare mai mic de 50% din puterea lor nominal i o durat de funcionare mai mare de 1500 ore/an, cci altfel nu este eficient economic.

    b) Funcionarea transformatoarelor de putere dup graficul de pierderi minime se va aplica ori de cte ori condiiile de exploatare permit acest lucru. La funcionarea n paralel, se poate stabili un grafic de conectare al transformatoarelor astfel nct s se obin un minim pentru pierderile totale de putere:

    Fig.10.5 Graficul de pierderi minime totale active DPt=f(S) i reactive DQt=f(S)

    0 100 200 300 400 500 6000

    2.5

    5

    7.5

    10

    12.5

    15

    0 100 200 300 400 500 6000

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    S [kVA]

    DPt,1

    DPt [kW]

    DQt [kVAr]

    S [kVA]

    DPt,2

    DPt,12

    DQt,1

    DQt,2

    DQt,12

    T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2

    Fig.10.3 Curbele h=f(b) i cosj=f(b) pentru conexiunile stea i triunghi ale nfurrilor statorice

    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.51

    1.05

    1.1

    1.15

    1.2

    1.25

    1.3

    B

    [%] cosjY

    b

    A

    B

    b

    cosjD

    hY

    hD

    1.6

    1.5

    1.4

    1.3

    1.2

    1.1

    1

    A

    Fig.10.4 Curbele A=f(b) i B=f(b) pentru motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit

  • 22 bSaPPP CuFet += + =

    unde: FePD - pierderi de putere la funcionarea n gol a transformatorului; CuPD - pierderi de putere la funcionarea n sarcin nominal a transformatorului; FePa D= i

    2nCu SPb /D= - notaii de calcul.

    n fig. 10.5 se prezint graficul de pierderi minime pentru dou transformatoare de puteri diferite. Determinarea puterii aparente S de la care se deconecteaz un transformator i se conecteaz cellalt se poate stabili att grafic ct i analitic.

    c) Montarea limitatoarelor de mers n gol Evitarea mersului in gol al utilajelor de producie constituie una dintre cele mai importante si mai eficiente msuri de economisire a energiei. Utilajele nglobeaz motoare sau transformatoare electrice care la mersul n gol sau la ncrcare mult redus fa de cea nominal funcioneaz cu randamente energetice sczute i deci cu consumuri inutile de energie activ i reactiv.

    Utilizarea limitatoarelor de mers n gol se face ndeosebi la motoarele electrice asincrone i la transformatoarele de sudare, dac mersul n gol dintre perioadele de lucru ale utilajelor are o durat ce depete 20% din timpul lor total de utilizare i doar n urma unui calcul de eficien tehnico-economic. Se are n vedere c, pe durata pornirii utilajele absorb o putere mai mare dect la funcionarea lor normal, dezvoltnd aceeai putere util. Cnd timpul de mers in gol este t0 iar timpul de pornire este tp, economia de energie activ se calculeaz cu relaia:

    ppa tPtPW -= 00 n care P0 este puterea absorbita de motor la mersul in gol, iar Pp este puterea medie absorbita de motor in timpul pornirii. Aadar, oprirea utilajelor n perioadele neproductive aduce o economie real de energie electric numai cnd energia de mers n gol este mai mare dect energia suplimentar de pornire.

    4.2 Ameliorarea factorului de putere pe cale artificial Dac au fost epuizate toate mijloacele naturale de ameliorare i factorul de putere nu a ajuns la

    valoarea factorului de putere neutral, atunci se are n vedere instalarea local a unor surse de putere reactiv. Acestea au rolul de a acoperi la faa locului mare parte din consumul de putere reactiv i de a evita n acest fel vehicularea acesteia prin reea.

    Decizia de a introduce surse specializate de putere reactiv, ca i optimizarea parametrilor acestora, are la baz, de asemenea, un calcul tehnico-economic. Mai nti se parcurg trei etape preliminare

    4.2.1 Determinarea puterii reactive necesare Qc Pentru realizarea factorului de putere neutral cosj2 plecnd de la factorul de putere natural cosj1,

    trebuie conectata o sursa de putere reactiva cu capacitatea ( ) 2211 jjj tgPtgtgPQ cc D--=

    unde P1 este puterea activ a consumatorului necompensat, iar DPc reprezint pierderile de putere activ n sursa de compensare.

    n practic, acolo unde se cunoate din facturi energia activ a consumatorului necompensat Ea1, se folosete relaia

    ( )Qm

    ac t

    tgtgEQ 211

    jj -=

    prin tQm notndu-se durata de utilizare a puterii reactive Fig. X.3 Triunghiul puterilor n regim sinusoidal monofazat

    P1

    S1

    Q1

    j1 j2

    Q2 S2

    QC

    DPC P2

    Fig. X.3 Circulaia componentelor curentului nainte (a) i dup compensare (b)

    G ~ L R

    sarcin

    IR

    C

    IR IC=IL

    G ~ L R

    sarcin

    IR+IL IR IL

    (a) (b)

  • maxime (de exemplu, 3000h/an pentru ntreprinderi ntr-un schimb).

    4.2.2 Alegerea tipului sursei de compensare Cele mai frecvente surse de putere reactiv sunt bateriile de condensatoare i compensatoarele

    sincrone.

    Condensatoarele derivaie furnizeaz o putere reactiv Qc care depinde de capacitatea C a condensatorului i de tensiunea Uc la bornele acestuia

    2cc CUQ w=

    Ele sunt preferate atunci cnd puterea reactiv cerut este Qc < 35MVAr datorit urmtoarelor avantaje: sunt mai simple i ieftine, au pierderi de putere activ relativ reduse (cca. 0,3-0,4%), ofer condiii de exploatare mai uoare dect compensatoarele sincrone i ofer posibilitatea de extindere sau de fracionare a bateriei de condensatoare n scopul adaptrii la necesitile de compensare.

    Condensatoarele trebuie utilizate cu precauie n reelele cu numr mare de convertizoare statice, datorit posibilitii apariiei armonicilor superioare (de rand n=kp+1, p fiind numrul de comutaii n decursul unei perioade a tensiunii alternative). Apariia armonicilor superioare poate conduce la rezonane de curent i de tensiune, care pot avaria bateria de condensatoare.

    Compensatoarele sincrone sunt maini electrice sincrone, construite special n scopul compensrii factorului de putere. Mainile sincrone supraexcitate funcioneaz cu un factor de putere capacitiv i deci genereaz putere reactiv. Valoarea maxim a puterii reactive furnizate se calculeaz cu formula

    n

    nnmm

    tgPQh

    ja =

    unde am este un factor care depinde de tipul motorului, de coeficientul de ncrcare b al acestuia i de tensiunea relativ la borne, U/Un.

    Ele sunt luate n considerare ca variant de compensare dac Qc > 50MVAr, dac consumatorul are receptoare deformante care necesit Qc > 10..20MVAr, sau dac trebuie compensat o sarcin reactiv cu variaii rapide (de exemplu, la cuptoarele cu arc). n oricare dintre variante, utilizarea compensatoarelor sincrone n locul condensatoarelor se adopt numai n urma unui calcul de eficien tehnico-economic.

    4.2.3 Amplasarea surselor de compensare Amplasarea compensatoarelor sincrone se face aproape ntotdeauna n staiile sistemului energetic,

    la barele de MT.

    Amplasarea condensatoarelor sincrone corespunde la trei tipuri de compensare:

    - compensarea individual condensatoarele sunt conectate direct la bornele receptoarelor i se aplic cnd receptorul (motor asincron, cuptor electric, transformator etc) are o putere semnificativ n raport cu puterea total a instalaiei i totodat o funcionare continu. Este cel mai scump procedeu, dar asigur compensarea puterii reactive chiar la locul de consum i elimin astfel curenii reactivi importani din instalaie. Totodat reduce puterea aparent cerut, reduce dimensiunile cablurilor i pierderile n acestea.

    - compensarea de grup (sectorial) bateriile de condensatoare sunt conectate la barele tablourilor de distribuie la care sunt grupai mai muli consumatori reactivi. De aceast structur beneficiaz transformatorul i coloanele de alimentare din amonte de locul de conectare, n care este astfel limitat circulaia de putere reactiv. Curentul reactiv continu s existe n toate cablurile din aval, iar cnd au loc modificri mari de sarcin apare riscul de supracompensare i n consecin de supratensiune, cu toate problemele aferente

    - compensarea centralizat bateria de condensatoare este conectat la barele tabloului general de distribuie de JT din postul de transformare. Este cea mai ieftin ca investiie, reduce ncrcarea transformatorului, dar curentul reactiv continu s existe n ntreaga reea alimentat din tabloul general odat cu pierderile de putere aferente. Dac valoarea puterii reactive a condensatoarelor este 15% din valoarea puterii transformatorului de alimentare, este preferabil o compensare cu valoare fix. Peste 15% bateria se execut n trepte cu comutare automat pentru a urmri necesarul de putere reactiv cerut de receptoarele alimentate.

    5. Calculul bateriei de condensatoare

  • 5.1 Stabilirea puterii reactive a bateriei Determinarea puterii reactive a bateriei de condensatoare se face, n general, neglijnd pierderile DPc

    n aceasta, adic cu formula: ( )21 jj tgtgPQc -=

    La compensarea individual trebuie avute n vedere caracteristicile receptorului compensat. Astfel, la compensarea individual a transformatoarelor, puterea bateriei va acoperi numai necesarul la mersul n gol al acestora, adic:

    ( ) nTc SQ 2,0..1,00 La compensarea individual a unui motor electric, conectarea i deconectarea de la reea se face

    odat cu motorul prin acelai aparat de comutaie i este important s se verifice dac valoarea capacitii bateriei este sub valoarea la care apare autoexcitarea. n nfurrile statorice ale unui motor cu inerie de rotaie mare i care continu s se roteasc i dup ntreruperea alimentrii, sunt induse tensiuni electromotoare datorit magnetismului remanent al rotorului. n cazul motorului necompensat acestea se vor reduce la zero n 1-2 perioade.

    Dac motorul este compensat, condensatoarele de compensare vor constitui o sarcin trifazat, capacitiv, care va produce cureni capacitivi n nfurrile statorului. Aceti cureni vor da natere unui cmp magnetic rotitor care acioneaz dup aceeai ax i n acelai sens cu cmpul magnetic aflat n diminuare al motorului. Astfel, fluxul rotoric crete, curenii din stator se mresc, iar tensiunea la bornele motorului crete uneori la valori periculos de mari. Fenomenul este cunoscut sub numele de autoexcitare i este motivul pentru care generatoarele nu funcioneaz, n mod normal, n regim capacitiv (exist tendina autoexcitrii spontane, necontrolate).

    Pentru a evita supracompensarea cnd motorul este subncrcat i autoexcitarea n cazul frnrii motorului, puterea reactiv n bateria de condensatoare se limiteaz la maximum 90% din puterea reactiv de mers n gol, adic:

    039,0 IUQ nc unde Un este tensiunea de linie i I0 este curentul absorbit de motorul n gol.

    Pentru motoarele cu puterea nominal mai mare de 30kW, se poate utiliza relaia aproximativ: nc PQ @ 35,00

    Dac un condensator unitar, monofazat sau trifazat, este capabil s furnizeze puterea reactiv QnC iar necesarul de putere reactiv calculat este Qc atunci numrul necesar de condensatoare ce formeaz bateria este

    NC=Qc/QnC Dac tensiunea nominal a condensatorului UnC nu coincide cu tensiunea reelei Ur ci este mai mare,

    puterea reactiv furnizat n reea care trebuie luat n calcul va fi mai mic i egal cu: 2

    *

    =

    nC

    rnCc U

    UQQ

    5.2 Caracteristicile condensatoarelor Dup modul de conectare a condensatoarelor, bateriile sunt monofazate sau trifazate. n regim

    monofazat, puterea reactiv furnizat de un condensator cu capacitatea C este: 2fCUQ w=

    unde Uf i w=2pf sunt mrimea efectiv i pulsaia tensiunii de alimentare. Dac se impune Qb, capacitatea necesar a bateriei rezult din

    2f

    b

    UQ

    Cw

    =

    Capacitatea condensatoarelor bateriei n reele trifazate depinde de modul de conectare: n stea sau n triunghi. Capacitatea bateriei cu conexiune n stea (fig. **) este

    ( ) 222 33 lfYffYffYY UCUCUCQ www === Capacitatea bateriei cu conexiune n triunghi (fig.***) este:

    23 lf UCQ DD = w Dac impunem ca, indiferent de conexiune, s se obin

    acelai nivel de compensare: D= QQY , atunci rezult:

    DU = CC 3

  • Prin urmare, la aceeai putere reactiv, conexiunea n triunghi necesit capaciti de trei ori mai mici dect conexiunea stea, dar solicitarea dielectric a acestora este de 3 ori mai mare. n instalaiile de JT, unde solicitarea dielectric nu este o problem deosebit, se utilizeaz practic numai conexiunea n triunghi, iar conexiunea stea poate fi ntlnit la MT.

    Constructiv, condensatoarele sunt de interior (cel mai des) sau de exterior (mai rar), cu mediu de impregnare sau fr (de tip uscat). n ar se fabric dou tipuri principale de condensatoare cu impregnare: n ulei mineral (simbol CU) i n ulei sintetic (simbol CS). Uleiul sintetic este neinflamabil i prezint pierderi dielectrice mai reduse, deci este de preferat.

    n ultimul timp se folosesc tot mai mult condensatoare de tip uscat (fr dielectric), realizate din dou folii de polypropylen metalizat, cu proprieti autocicatrizante. Ele sunt protejate contra defeciunilor interne de un dispozitiv de suprapresiune cuplat cu siguran. Dac curentul de defect este mare atunci se topete sigurana, iar dac este prea mic pentru aceasta, el va determina refacerea izolaiei prin nclzirea local produs (autocicatrizare). Dac totui curentul de scurgere persist, acesta va evolua spre scurtcircuit i va determina aciunea siguranei. Acest tip de condensatoare are carcasa din material izolant, prevzut cu dubl izolare, astfel c nu mai necesit conectarea acestora la pmnt.