Reglarea tensiunii de alimentare

Reglarea tensiunii de alimentare

Nivelul de tensiune in diferite noduri ale retelelor electrice depinde de conditiile de functionare a centralelor electrice, de incarcare cu putere activa si reactiva a acestora, de tranzitul de puteri active si reactive pe elementele retelelor de transport si distributie, precum si de mijloacele de reglaj disponibile (transformatoare si autotransformatoare cu ploturi cu reglaj sub sarcina sau in absenta sarcinii, compensatoare sincrone, baterii de condensatoare si bobine de reactanta).

Variatia tensiunii in plus, sau in minus fata de valoarea nominala, asa cum se va arata in continuare, are consecinte negative atat asupra consumatorilor, cat si asupra retelei. Din acest motiv, scopul reglarii tensiunii in retelele reglarii consta in mentinerea variatiilor de tensiune intre anumite limite impuse.

1.1.1 Cauzele si natura variatiilor de tensiune

Valoarea complexa a tensiunii in diferite noduri ale retelelor electrice de transport si distributie reprezinta un parametru de regim variabil in spatiu si timp.

Variatia in spatiu se datoreaza caderilor de tensiune provocate de circulatia puterilor active si reactive pe elementele retelei (linii de transformatoare). Stiind puterea activa si reactiva ce tranziteaza un element de retea putem scrie (P+JQ).

U= U+j =U1-U2=(PR+QX)/U2+(PX-QR)/U2 (1)

In care :

ΔU , componenta longitudinala a caderii de tensiune complexe ,a carei valoare aproximeaza cu suficienta precizie diferenta dintre modulele tensiunilor nodurilor;

U=U1-U2~(PR+QX)/U2~(PR+QX)/Un (2)

U, componenta transversala a caderii de tensiune complexe care determina , in principal valoarea unghiului de defazaj dintre tensiunile celor doua noduri ;

u=(PX-QR)/U2~(PX-QR)/Un (3)

=arcsin U/U1~arcsin(PX-QR)/Un² (4)

Tinand seama ca impedantele longitudinale ale majoritatii elementelor ce compun retelele electrice ( linii aeriene, transformatoare, de putere ) se caracterizeaza prin valori mult mai mici ale rezistentei in comparatie cu reactanta inductiva (R<<X), din relatiile (2) si (4) rezulta urmatoarele expresii pentru componenta longitudinala a caderii de tensiune U si a defazajului dintre tensiunea nodurilor :

U~QX/Un (5)

~arcsinPX/Un² (6)

Analiza relatiilor (5) si (6) pune in evidenta urmatoarele aspecte importante privind reglarea tensiunii in retelele de alimentare electrice care apartin sistemului electroenergetic:

nivelul tensiunilor in nodurile retelelor electrice este determinat cu precadere, de circulatia puterilor reactive;

defazajul dintre tensiunile nodurilor depinde, in principal, de circulatiile de putere activa ;

Avand in vedere ca in procesul de reglare a tensiunii in retelele electrice se urmareste modificarea valorii si nu a fazei acesteia, atentia principala este indreptata asupra circulatiilor de putere reactiva .

Variatiilor in timp ale tensiunii din nodurile retelelor electrice sunt legate de tensiune. Acestea apar pe elementele retelelor, datorate modificarii schemelor de functionare ale acestora, precum si a modificarii in timp a circulatiilor de putere activa si reactiva in elementele retelelor de transport si distributie, ca o consecinta a variatiilor puterilor absorbite de consumatori conform graficelor de sarcina activa si reactiva si a puterilor generate de centralele electrice.

Din cele mentionate mai sus, rezulta ca tensiunea intr-un mod al retelei este o functie de timp U(t), iar variatia de tensiune procentuala in acest nod, la un moment dat t, denumita si abatere de tensiune, se calculeaza cu o relatie de forma:

U(t)=(U(t)-Un)/Un*100 (7)

Notand cu Umax. si Umin, maxime si minime ale tensiunii intr-un nod al retelei, pe un interval de timp T, atunci variatia maxima de tensiune in nodul considerat este:

Umax=(Umax-Umin)/Un*10 (8)

Din punct de vedere al modului de producere si de aspectul modificarii in timp, variatiile se pot clasifica astfel:

variatii lente de tensiune care apar ca rezultat al suprapunerilor unor variatii periodice datorate modificarii structurii si puterilor cerute de consumatori, intre orele de varf si cele de gol de sarcina sau intre zilele lucratoare si cele de repaus si a unor variatii aleatoare aparute ca urmare a conectarii sau deconectarii de la retea a unor consumatori.

variatii bruste de tensiune, reprezentand variatii de tensiune cu caracter repetitiv, ciclice sau aleatoare, care au loc cu un gradient U/ t mai mare de 1%.Acestea sunt provocate de functionarea intermitenta a unor receptoare care produc socuri de putere reactiva in retea (la joasa tensiune -aparatele de sudura, la medie tensiune-pompele sau laminoarele, la inalta tensiune -cuptoarele cu arc etc.) precum si de modificarea schemelor de functionare ale retelei electrice.

Calitatea alimentarii cu energie electrica reprezinta o preocupare actuala pentru furnizorii si consumatorii de energie electrica. Termenul de calitate a energiei a inceput sa fie folosit in lume, relativ la alimentarea cu energie, inca din anii 1980 devenind un fel de umbrela pentru multe categorii de perturbatii. Noutatea ultimilor ani consta in abordarea sistemica de catre specialisti a problematicii legate de calitatea alimentarii justificata, printre altele, de:

existenta unor receptoare sensibile la modificari ale calitatii alimentarii cu energie electrica. Printre acestea sunt multe controlere cu echipamente electronice echipate cu microprocesoare, sensibile la diverse perturbatii.

actiunile legate de cresterea eficientei utilizarii energiei electrice au impus introducerea in practica a unor dispozitive cum ar fi actionari reglabile, baterii de condensatoare comutate automat pentru compensarea energiei reactive, etc. Acestea au condus la cresterea nivelului de armonici cu impact negativ asupra performantelor sistemelor de alimentare.

existenta unor consumatori din ce in ce mai pretentiosi si mai avizati in legatura cu calitatea serviciului de alimentare: intreruperi, goluri de tensiune, perturbatii in regimuri tranzitorii s.a.

extinderea, cu o dinamica accentuata in Romania, a centrelor de telecomunicatii digitale, a calculatoarelor si a retelelor de calculatoare foarte sensibile la calitatea alimentarii.

tendinta generala de crestere a gradului de interconexiune a retelelor electrice ceea ce conduce la marirea zonei afectate in cazul defectarii unei componente oarecare.

Exista diferite moduri de a defini calitatea energiei incepand chiar cu diferentierea intre calitatea energiei si calitatea serviciului de alimentare.

Vom considera, ca o conventie initiala, ca se poate vorbi de calitatea energiei electrice doar la sursa, deci la bornele generatorului, in rest ca este mai corect sa se abordeze calitatea serviciului de alimentare in zonele de distributie finala-medie si joasa tensiune- a energiei electrice, zone in care se resimt influentele reciproce intre reteaua de alimentare si receptoarele consumatorilor.

Definitiile legate de calitate in domeniul alimentarii cu energie electrica pot fi destul de diverse depinzand de cadrul de referinta.

Companiile furnizoare pot defini calitatea alimentarii apeland la fiabilitate si demonstrand statistic ca serviciul lor este 99,98 % fiabil.

Producatorii echipamentelor definesc aceeasi notiune relativ la caracteristicile energiei electrice de alimentare care permit functionarea corecta a respectivelor echipamente, parametrii de calitate.

Ceea ce se poate retine cu caracter de generalitate este faptul ca definirea calitatii serviciului se face, de regula, in raport cu consumatorul, cu receptoarele sale. Ca urmare, se considera drept adecvata urmatoarea definitie a unei probleme legate de calitatea serviciului de alimentare.

Orice perturbatie aparuta se manifestata prin modificarea curentului,tensiunii sau frecventei si afecteaza buna functionare a echipamentelor si/sau receptoarelor consumatorului.Ca raspuns la preocuparile consumatorilor legate de calitatea alimentarii, companiile de electricitate pot dezvolta programe care sa ii ajute in acest sens. Filozofia acestor programe are la baza caracterul lor reactiv, caz in care furnizorul raspunde sesizarilor consumatorilor sau proactiv, situatie in care furnizorul se implica in educarea consumatorilor promovand servicii care sa dea solutii problemelor legate de calitatea alimentarii.

Evident, aspectele economice sunt deseori prioritare astfel ca in unele cazuri nu se justifica actiuni de asigurare a constantei parametrilor de calitate a alimentarii.

Intotdeauna sunt justificate economic masuri de rezolvare locala, pentru un anumit receptor, insensibilizarea acestuia la goluri de tensiune si apoi, in cazul afectarii unor zone mai mari, interventia in sistemul de alimentare.

Calitatea alimentarii, ca si in cazul altor produse sau servicii, este destul de dificil de cuantificat cu atat mai mult cu cat nu este acceptata o definitie unica a acesteia. Exista standarde pentru calitatea tensiunii precum si pentru alte marimi care pot fi masurate dar masura finala a calitatii alimentarii este strans legata si privita relativ la performanta si productivitatea receptoarelor consumatorilor. Daca acestea sunt afectate atunci calitatea alimentarii lipseste.

Probabil nu exista altceva mai semnificativ care sa indice, direct si evident, lipsa calitatii ca un simplu ceas electric al carui ecran, dupa o intrerupere, clipeste. Proiectantii ceasurilor electrice au ales acest mod de functionare pentru a avertiza afisarea incorecta a orei creand, involuntar, un dispozitiv de monitorizare a calitatii.

Calitatea alimentarii=calitatea tensiunii de alimentare?

In mod curent, cei mai multi specialisti asociaza implicit calitatea alimentarii cu calitatea tensiunii de alimentare. Din punct de vedere tehnic, puterea poate fi considerata drept rata de livrare a energiei, proportionala cu produsul dintre tensiune si curent. Este dificil sa se defineasca, pentru aceasta marime, calitatea. Furnizorul de energie electrica poate controla numai calitatea tensiunii neavand, referitor la calitate, nici un control asupra curentului. Ca urmare, standardele referitoare la calitate, abordeaza aspectele legate de mentinerea in limite admisibile a tensiunii.

Sistemele de curent alternativ sunt proiectate sa functioneze la frecventa de 50 sau 60 Hz. Orice abatere a amplitudinii, frecventei sau formei undei sinusoidale de la valorile nominale este o potentiala problema privind calitatea.

Este evident ca, practic, exista o legatura stransa intre tensiune si curent si chiar daca generatorul asigura o tensiune perfect sinusoidala, curentul, trecand prin impedanta sistemului poate afecta, in diverse moduri, unda de tensiune.

De exemplu:

curentul provocat de un scurtcircuit determina scaderea tensiunii pana la valoarea zero.

curentii determinati de loviturile de trasnet pot provoca supratensiuni care sa depaseasca limitele admisibile conducand la aparitia altor evenimente cum ar fi scurtcircuitele.

curentii armonici generati de unele tipuri de receptoare, trecand prin sistemul de impedante al retelei, determina deformarea undelor de tensiune in zona altor utilizatori.