Efectul armonicilor asupra regimului nominal al bateriei de condensatoare

Efectul armonicilor asupra regimului nominal al bateriei de condensatoare

1. Probleme tehnice datorate armonicilor provenite din reteaua de alimentare

Echipamentele care utilizeaza componente electronice de putere (variatoare de viteza, redresoare de putere cu tiristoare, etc.) au facut sa apara probleme datorate armonicilor din sistemul respectiv.

Armonicile dintr-un sistem trifazat simetric sunt in general de ordin impar (a 3-a, a 5-a,) si cu amplitudini descrescatoare functie de ordinul armonicii, dar odata cu aparitia dispozitivelor electronice de putere si a componentelor neliniare asociate, se constata aparitia unor importante armonici pare.

Eliminarea completa a armonicilor nu este posibila. Aici recomandam mijloace practice de reducere a influentei armonicilor, in special la bateriile de condensatoare.

Condensatoarele sunt sensibile la armonicile tensiunii de alimentare, deoarece reactanta capacitiva scade in functie de cresterea frecventei. Practic, acest lucru inseamna ca un procent relativ mic de tensiune corespunzatoare unei armonici, poate produce un curent semnificativ prin condensator.

Totodata componentele armonice duc la distorsionarea formelor de unda ale curentului si tensiunii, distorsiunea fiind cu atat mai mare, cu cat continutul de armonici creste. Cand frecventa proprie a bateriei de condensatoare si a reactantelor din sistemul de alimentare este apropiata de o anumita armonica, se produce rezonanta partiala cu valori importante pentru curentul si tensiunea corespunzatoare frecventei acelei armonici. Acest curent mai mare produce supraincalzirea condensatoarelor si eventual degradarea dielectricului.

Prin conectarea in paralel a unui filtru de armonici si/sau reactanta de suprimare a armonicilor se pot reduce distorsiunile din forma de unda a tensiunii de alimentare intre echipamentul care produce distorsiunea si bateria de condensatoare.

2 Solutii posibile

Efectele armonicilor

curentul anormal de mare prin condensatoare. Se considera curentul de calcul, care sta la baza dimensionarilor, I_C 1,3 I_N;

supradimensionarea conexiunilor, aparatelor de comutatie/protectie, etc. asociate condensatoarelor (1,3 - 1,5) I_N

distorsionarea armonica a undei de tensiune, sub forma unei unde ascutite, a carei valoare de varf este mai mare decat valoarea maxima a sinusoidei normale;

supratensiuni cauzate de rezonanta, care necesita cresterea nivelului de izolatie a condensatoarelor.

Efectele fenomenului de rezonanta

Condensatoarele sunt elemente reactive liniare si deci nu genereaza armonici. Daca sunt instalate intr-un sistem de alimentare (unde impedantele sunt predominant inductive) poate sa se produca rezonanta partiala sau totala la anumite frecvente armonice.

f₀ - frecventa proprie de rezonanta a sistemului condensator/combinatie
inductanta sistem

n - ordinul armonicii corespunzatoare lui f₀

S_sc - puterea de scurtcircuit in reteaua trifazata, la bornele bateriei de
condensatoare (kVA)

Q - puterea reactiva a bateriei (kvar)

in reteaua trifazata de 50Hz

Exemplu

deci in apropierea armonicii de ordinul 3

f₀ = 50 n 2,93 = 146,5Hz

Cu cat f₀ este mai apropiata de un f_n, cu atat efectul de distorsiune va fi mai mare. In exemplu exista conditii de rezonanta puternica cu armonica a treia a undei distorsionate.

Masuri

schimbarea lui f₀ la o valoare care sa nu produca rezonanta cu nici o armonica importanta, prin adaugarea unei inductante de suprimare a armonicilor, conectata in serie cu bateria de condensatoare

in reteaua de 50Hz, reactantele serie sunt reglate sa produca fenomenul de rezonanta a ansamblului baterie + reactanta la 190Hz

in reteaua de 60Hz, reactanta se regleaza pentru 228Hz.

, mijlocul intervalului dintre armonica a 3-a si a 5-a

In aceasta structura armonica fundamentala de curent si tensiunea la bornele capacitatii se mareste cu 7-8% T se folosesc condensatoare proiectate pentru 440V in reteaua de 400V.

3. Alegerea solutiei optime

La alegerea solutiei optime se folosesc urmatorii parametrii:

S_n - suma puterilor aparente ale tuturor echipamentelor care genereaza armonici, conectate la barele la care este conectata si bateria (convertoare statice, invertoare, variatoare de viteza, etc.). Daca pentru unele se da puterea activa, la calculul puterii aparente se considera cosj

S_sc - puterea de scurtcircuit la bornele condensatorului

S_tr - suma puterilor aparente ale tuturor transformatoarelor sistemului din care fac parte barele de distributie.

Cu acesti parametrii, se poate face o alegere a capacitatii, care sa asigure un nivel de functionare acceptabil din punct de vedere al armonicilor de curent si tensiune, conform tabelului de mai jos:

Exemplul 1

S_tr = 500kVA u_sc% = 4% S_n = 50kVA

Solutie: se folosesc condensatoare standard

Exemplul 2

S_tr = 1000kVA u_sc% = 6% S_n = 220kVA

Solutie: folosirea condensatoarelor supradimensionate (440V)

Exemplul 3

S_tr = 630kVA u_sc% = 4% S_n = 250kVA

Solutie: folosirea condensatoarelor supradimensionate (440V) si a reactantelor de suprimare a armonicilor

4. Efectele posibile asupra retelei de alimentare a compensarii capacitive a factorului de putere

Autoritatea energetica impune limite stricte pentru distorsiunea totala datorata armonicilor produsa la bornele unui consumator (THD - total harmonic distorsion)

Gradul de distorsiune

Pentru consumatorii de joasa tensiune, alimentati printr-un transformator de la o retea de inalta tensiune, k_dmaxadm = 4-5% la bornele de joasa tensiune ale transformatorului.

Daca k_d > k_dmaxadm se folosesc filtre L-C serie de joasa tensiune. Aceste filtre sunt conectate in paralel si sunt reglate pentru a asigura rezonanta la frecvente de armonici pentru care impedanta lor este practic zero (X_L = X_c). Filtrele astfel conectate contribuie si la compensarea puterii reactive a instalatiei.