Compensarea Factorului de Putere

LUCRARE DE LICENȚĂ

Compensarea factorului de putere – STUDII DE CAZ

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL 1

PRINCIPII DE FUNCȚIONARE ALE SURSELOR STAȚIONARE DE PUTERE REACTIVĂ

Sursele de bază și consumatorii de putere reactivă

Efectele pozitive și negative la compensărea puterii reactive

Particularitățile principiilor de funcționare a compensatoarelor statice

Principiul de funcționare a convertorului de tensiune

Compensatorul static paralel

Regulatorul de putere serie-paralel

Compensatorul static serie

Compensatorul paralel de putere activ-reactivă

Compararea eficacității surselor statice de compensare

Domeniile de aplicare a compensatoarelor statice cu tiristoare

CAPITOLUL 2

COMPENSAREA FACTORULUI DE PUTERE – STUDII DE CAZ

2.1 COMPENSARE FACTOR DE PUTERE -Fabrica de peleți

2.1.1.Lista receptorilor

2.1.2.Alegerea treptelor de condensatori

2.1.3.Puterea reactivă și curenții absorbiți de condensatori pe fiecare treaptă

2.1.4.Lista cu contactorii treptelor, puterea reactivă pe care o pot conecta și deconecta, preț pe bucată

2.15.Lista cu elemenți de sigurantă pentru protecție la scurtcircuit, preț pe bucată

2.1.6. Materiale folosite

2.1.7.Programarea regulatorului DCRK 12 LOVATTO

2.2COMPENSARE FACTOR DE PUTERE- Prelucreare deșeuri metalice

2.2.1.Foarfecă prelucrare deșeu inox

2.2.2. Foarfecă prelucrare deșeu fier

2.2.3.Presă baloți aluminiu TG 200

2.2.4. Presă baloți cupru TG 200

2.2.5. Tocător deșeu aluminiu UNTHA 110

2.2.6. Tocător UNTHA 90

2.2.7.Lista cu toți consumatorii

2.2.8.Determinarea necesarului de putere reactivă de compensare pentru a funcționa la un cosφ = 0,96 de la cosφ = 0,8

2.2.8.1. Pentru motorul cu Pn =90 kW și cosφ = 0,8

2.2.8.2. Pentru motorul cu Pn = 30 kW și cosφ = 0,8

2.2.8.3. Pentru motorul cu Pn = 75 kW și cosφ = 0,8

2.2.8.4. Motor Pn = 110 kW; cosφ= 0,86

2.2.8.5. Motor Pn = 45 kW; cosφ = 0,86

2.2.9.Total condensatori montați pe motoare

2.2.10..Consumuri de energie activă și reactivă înainte de montarea condensatorilor și după montarea condensatorilor

2.2.10.1. Energii consumate înainte de montarea condensatorilor

2.2.10.2. Energii consumate după montarea condensatorilor

2.2.11.Materiale și echipamente electrice necesare pentru compensarea factorului de putere local

2.2.12.Montarea condensatorilor

2.3.COMPENSARE FACTOR DE PUTERE MOTOARE ASINCRONE

2.3.1.Statia de pompare DERVENT

2.3.2.Statie pompare SPRA OSTROV

2.4.Compensare factor de putere pentru macara descarcare barje DELTANAV-TULCEA

2.5.Compensarea puterii reactive a transformatoarelor

CAPITOLUL 3

PROTECȚIA MUNCII ȘI A MEDIULUI AMBIANT

3.1 Securitatea electrică la exploatarea bateriilor de condensatoare

3.2. Cerințele standardelor de stat ale condensatoarelor

3.3. Schemele de conexiune a bateriilor de condensatoare

3.4. Calculul rezistențelor de descărcare a condensatoarelor

CAPITOLUL 4

Concluzii

Bibliografia

ANEXA A DIAGRAMA DE FORȚĂ ȘI COMANDĂ; BATERIE DE CODESATORI CU REGULATOR DCTK 12

ANEXA B DIAGRAMA DE FORȚĂ

ANEXA C DIAGRAMA DE COMANDĂ

INTRODUCERE

Lucrarea își propune să abordeze compensarea factorului de putere pentru categorii diferite de consumatori :

1. O fabrica de peleți pentru care se va întocmi listă cu receptorii și se va calcula și monta o baterie de condensatoare cu regulator de factor de putere in 12 trepte.

2. O întreprindere de reciclare materiale refolosibile,prelucrare de deșeuri metalice care are în exploatare foarfece de tăiat deșeuri de fier, prese de baloți cupru, aluminiu și tocătoare de termopane de aluminiu și ambalaje cuti aluminiu.

Aceste instalații de tăiere și balotare sunt acționate de motoare mari și au cicluri scurte 3-5 secunde între sarcina maximă și sarcina minimă și la acestea compensarea se va face local pe motoare, regulatorul de factor de putere neputând să urmarească sarcini cu variații așa de rapide.

Compensarea se va face local montând condensatoare pe fiecare motor.

3. O întreprindere care utilizează motoare asincrone de puteri mari P1 = 450 kW, țP2 = 525 kW, la tensiunea Un =6 kV care sunt folosite pentru sisteme de irigații.

4. O întreprindere care folosește instalații de ridicat acționate cu motoare sincrone de puteri mari ,cicluri rapide și la care se schimbă sensul de acționare al motoarelor și pentru care înainte de conectarea condensatoarelor trebuie să facem descărcarea condensatoarelor pe rezistențe de descărcare.

5. Compensarea puterii reactive a transformatoarelor.

CAPITOLUL I

PRINCIPII DE FUNCȚIONARE A SURSELOR STAȚIONARE DE PUTERE REACTIVĂ

Sursele de bază și consumatorii de putere reactivă.

În prezent drept surse de putere reactivă în sistemele energetice se folosesc generatoarele din centrale, compensatoarele sincrone și condensatoarele statice care asigură și reglează bilanțul puterilor reactive în sistem. În fază de experimentare sunt instalațiile statice reglabile care permit reglajul lent al puterii reactive cu o viteză mult mai mare decât la compensatoarele sincrone.

Puterile reactive ale generatoarelor sincrone din centralele electrice sunt condiționate de factorul de putere nominal al generatorului. Cu cît factorul de putere nominal al generatorului scade, cu atât crește puterea reactivă pe care o poate furniza generatorul, dar totodată acesta se scumpește din cauza creșterii dimensiunii conductoarelor statorului și a sistemului de excitație. De aceea, din punct de vedere tehnico-economic, este avantajos un factor de putere relativ scăzut (cos φ = 0,92) la generatoarele din centralele locale de termoficare – care furnizează putere reactivă consumatorilor din apropierea centralei (poate fi vorba și de o rețea urbană). În ceea ce privește centralele de putere care debitează printr-o rețea de înaltă sau foarte înaltă tensiune, nu este avantajoasă utilizarea generatorului cu cos φ scăzut, adică capabile să furnizeze o putere reactivă mare, deoarece circulația acestei puteri prin rețea provoacă pierderi mari de putere activă (necesitând totodată supradimensionarea liniilor și transformatoarelor). Argumentul fundamental pentru adoptarea unui factor de putere scăzut în centralele îndepărtate îl constituie considerente de altă natură și anume al stabilității sistemului. Din studiile existente în prezent rezultă că puterile reactive din centralele îndepărtate trebuie să satisfacă necesarul de putere reactivă pentru serviciile interne proprii, consumul local, și puterile reactive economic rentabile a fi transmise prin linii. Pentru sistemul nostru se consideră avantajos un factor de putere la capătul dinspre centrală al liniilor, din motive de reglare a tensiunii, de 0,95 – 0,96 la liniile de 220 kV, iar cele de 400 kV între 0,96 și 0,99.

Din punct de vedere al stabilității se consideră că este suficient ca generatorul să debiteze putere reactivă pentru serviciile interne, transformatoarele ridicătoare și jumătate din puterea reactivă necesară liniilor de transport. Chiar dacă puterea reactivă a generatorului este mai mare, din motive de stabilitate, ea este absorbită de regulă în bobine de reactanță montate special în stația centralei și deci această putere reactivă suplimentară nu contribuie la acoperirea necesarului de putere reactivă a sistemului.

În ceea ce privește compensatoarele sincrone, care sunt niște motoare sincrone proiectate să funcționeze în gol (fără cuplu rezistent la arbore), să absoarbă din rețea o putere activă de valoare mică, necesară acoperirii pierderilor de mers în gol, și care pot genera sau consuma putere reactivă în funcție de valoarea curentului de excitație, se recomandă a fi montate numai în stații terminale sau intermediare ale sistemului cu tensiunea de 220 ÷ 400 kV, cu deficit de putere reactivă, având puteri de peste 30 MVar.

Avantajele compensatoarelor sincrone sunt: reglarea continuă a puterii reactive generate sau absorbite cu ajutorul curentului de excitație; posibilitatea funcționării atât ca generator, cît și ca receptor de putere reactivă; contribuie la menținerea stabilității sistemului, având un efect autoreglator pozitiv (scăderea tensiunii duce la creșterea puterii reactive furnizate).

O serie de dezavantaje limitează însă folosirea pe scară largă a compensatoarelor sincrone, spre exemplu: pierderile au valori ridicate, pierderile procentuale fiind mai mari la mașinile de putere mică; cheltuielile de exploatare ridicate și creșterea costului unității de putere reactivă odată cu scăderea puterii nominale a mașinii au arătat că folosirea compensatoarelor sincrone de mică putere nu se justifică economic. Pentru puteri mai mici se dovedește economică folosirea surselor de compensare statice (analizate în capitolele ce urmează).

În sistemele electroenergetice dezvoltate, bateriile de condensatoare montate în derivație formează o sursă principală de compensare a puterii reactive. Elementele unei baterii de condensatoare trifazate se conectează în stea sau în triunghi.

Bateriile de condensatoare se recomandă a fi montate în stațiile de 110 kV precum și la consumatori pe partea de medie sau joasă tensiune.

În prezent, din cauza factorului de putere scăzut al rețelelor de distribuție urbană (0,8 – 0,9), din unele studii rezultă oportună amplasarea bateriilor de condensatoare chiar în posturile de transformare ale rețelelor de distribuție urbană.

Sursele statice de compensare (analizate în capitolele ce urmează)se pot realiza prin asocierea bateriilor de condensatoare cu bobine de reactanță reglabile, și pot funcționa atât în regim capacitiv, cît și în regim inductiv (fig. 1.1.). Asemenea instalații au deci o comportare similară compensatoarelor sincrone pe care le pot înlocui.

Puterea reactivă furnizată sau absorbită de instalație se reglează în trepte sau continuu. În ultimul caz reglarea bobinei se realizează cu ajutorul unei înfășurări de premagnetizare în curent continuu sau cu ajutorul unei scheme de comandă cu tiristoare. Se obține o astfel de reglare rapidă care poate satisface consumatori cu șocuri de putere reactivă.

Se deosebesc următoarele tipuri de surse:

instalații condensatoare, comutate cu întrerupătoare sau cu ventilatoare-tiristoare paralel în opoziție;

grupa tiristoare reactoare;

instalații de filtrare-compensare;

compensatoare statice cu tiristoare;

convertizoare semiconductoare cu comutație artificială sau obișnuită.

Consumatorii de bază a puterii reactive sunt: motoare asincrone, transformatoare, reactoare de limitare a curenților, cuptoare cu arc electric și inductive, agregate electrice de sudat, instalații de iluminat cu lămpi cu gaze.

Motoare asincrone consumă mai mult de 50 % din toată energia electrică utilizată, și 60 – 65% din puterea reactivă.

Puterea reactivă Qg, consumată de motor în caz general este egală cu:

, (1.1)

unde Q0 – puterea consumată de motorul asincron la mers în gol; Qd – puterea reactivă de dispersie, determinată de sarcina nominală a motorului; – coeficientul de încărcare al motorului; P – sarcina motorului în momentul inițial; Pn – puterea nominală a motorului.

Puterea reactivă Q0 se determină după relația:

, (1.2)

unde Un – tensiunea nominală a rețelei; I0 – curentul de mers în gol al motorului, aproximativ egal cu cel de magnetizare; μ – permeabilitatea magnetică a conductorului; c – coeficient, ce depinde numărul perechilor de poluri, frecvență, construcția înfășurărilor motorului; f – frecvența rețelei; V – volumul conductorului.

Din relația anterioară rezultă că, puterea reactivă Q0 crește odată cu mărirea tensiunii rețelei, volumului conductorului, frecvenței, și de asemenea la micșorarea permeabilității magnetice (adică la mărirea jocului dintre stator și rotor).

Puterea reactivă a regimului de mers în gol este destul de însemnată, ea alcătuiește la sarcina nominală a motorului (0,6 – 0,8)Qg.

Măsurile de bază pentru micșorarea puterii reactive consumate de către motoare, sunt: instalarea lionectează în stea sau în triunghi.

Bateriile de condensatoare se recomandă a fi montate în stațiile de 110 kV precum și la consumatori pe partea de medie sau joasă tensiune.

În prezent, din cauza factorului de putere scăzut al rețelelor de distribuție urbană (0,8 – 0,9), din unele studii rezultă oportună amplasarea bateriilor de condensatoare chiar în posturile de transformare ale rețelelor de distribuție urbană.

Sursele statice de compensare (analizate în capitolele ce urmează)se pot realiza prin asocierea bateriilor de condensatoare cu bobine de reactanță reglabile, și pot funcționa atât în regim capacitiv, cît și în regim inductiv (fig. 1.1.). Asemenea instalații au deci o comportare similară compensatoarelor sincrone pe care le pot înlocui.

Puterea reactivă furnizată sau absorbită de instalație se reglează în trepte sau continuu. În ultimul caz reglarea bobinei se realizează cu ajutorul unei înfășurări de premagnetizare în curent continuu sau cu ajutorul unei scheme de comandă cu tiristoare. Se obține o astfel de reglare rapidă care poate satisface consumatori cu șocuri de putere reactivă.

Se deosebesc următoarele tipuri de surse:

instalații condensatoare, comutate cu întrerupătoare sau cu ventilatoare-tiristoare paralel în opoziție;

grupa tiristoare reactoare;

instalații de filtrare-compensare;

compensatoare statice cu tiristoare;

convertizoare semiconductoare cu comutație artificială sau obișnuită.

Consumatorii de bază a puterii reactive sunt: motoare asincrone, transformatoare, reactoare de limitare a curenților, cuptoare cu arc electric și inductive, agregate electrice de sudat, instalații de iluminat cu lămpi cu gaze.

Motoare asincrone consumă mai mult de 50 % din toată energia electrică utilizată, și 60 – 65% din puterea reactivă.

Puterea reactivă Qg, consumată de motor în caz general este egală cu:

, (1.1)

unde Q0 – puterea consumată de motorul asincron la mers în gol; Qd – puterea reactivă de dispersie, determinată de sarcina nominală a motorului; – coeficientul de încărcare al motorului; P – sarcina motorului în momentul inițial; Pn – puterea nominală a motorului.

Puterea reactivă Q0 se determină după relația:

, (1.2)

unde Un – tensiunea nominală a rețelei; I0 – curentul de mers în gol al motorului, aproximativ egal cu cel de magnetizare; μ – permeabilitatea magnetică a conductorului; c – coeficient, ce depinde numărul perechilor de poluri, frecvență, construcția înfășurărilor motorului; f – frecvența rețelei; V – volumul conductorului.

Din relația anterioară rezultă că, puterea reactivă Q0 crește odată cu mărirea tensiunii rețelei, volumului conductorului, frecvenței, și de asemenea la micșorarea permeabilității magnetice (adică la mărirea jocului dintre stator și rotor).

Puterea reactivă a regimului de mers în gol este destul de însemnată, ea alcătuiește la sarcina nominală a motorului (0,6 – 0,8)Qg.

Măsurile de bază pentru micșorarea puterii reactive consumate de către motoare, sunt: instalarea limitatoarelor regimului de mers în gol la durata perioadei dintre operațiuni mai mare de 10 s; înlocuirea motoarelor încărcate puțin (la β ≤ 0,45) de putere mare cu motoare de putere mai mică; conectarea înfășurărilor motoarelor din triunghi în stea (în dispozitivele de acționare a aparatelor la β ≤ 0,25 – 0,4); înlocuirea motoarelor asincrone cu cele sincrone; automatizarea dispozitivului de acționare ș.a.

Transformatoarele de putere consumă până la 20 – 25% din toată puterea reactivă produsă. Puterea reactivă totală, consumată de transformator la orice sarcină, se determină după relația:

(1.3)

unde – puterea reactivă a transformatorului la regim de mers în gol; – puterea, utilizată la crearea fluxurilor de dispersie la sarcina nominală a transformatorului; I%, Usc%– curentul de mers în gol, respectiv, tensiunea de scurtcircuit a transformatorului (se prezintă în catalog); Sn – puterea nominală a transformatorului; – coeficientul de încărcare a transformatorului; I2, I2n– curentul înfășurării secundare la sarcina inițială și curentul secundar nominal al transformatorului.

Pentru micșorarea consumului de către transformatoare a puterii reactive pot fi realizare următoarele măsuri: aplatizarea graficelor sarcinilor electrice; înlocuirea transformatoarelor „încărcate sistematic” cu cele de putere mai mică; micșorarea mărimii puterii reactive tranzitate de transformator la partea de joasă tensiune; efectuarea reparațiilor calitative și la timp a transformatoarelor; automatizarea lor.

Cuptoarele cu arc electric sunt consumatori mari de putere reactivă. Mărimea rezistenței inductive a circuitului cuptorului se determină prin necesitatea limitării curenților de scurtcircuit în perioada de topire a metalului, și deasemenea din condiția stabilității arderii arcului de curent alternativ. Rezistența inductivă totală a circuitului de alimentare a cuptorului se determină ca rezistențele inductive ale transformatorului cuptorului, rețelei scurte și droselului de limitare a curenților. Micșorarea consumului de putere reactivă cu cuptoarele cu arc electric se realizează din contul reducerii duratei de topire a metalului; aplatizarea graficului de sarcină a grupelor de cuptoare electrice; mărirea în limite admisibile a încărcării cuptoarelor electrice; micșorarea rezistenței inductive a rețelei scurte; repartizarea uniformă a sarcinii cuptoarelor pe faze ș.a.

La liniile electrice de transport, puterea reactivă consumată a liniilor de curent alternativ, se determină conform relației:

(1.4)

Această putere se utilizează pentru crearea câmpului electromagnetic în jurul conductoarelor.

Efectele pozitive și negative la compensarea puterii reactive și eficacitatea reglării ei.

Livrarea puterii reactive în rețea cauzează apariția unor efecte negative.

Apar pierderi suplimentare de putere și energie în rețea. La livrarea puterii active P și reactive Q în elementele rețelei (linii, transformatoare, reactoare ș. A.) au loc pierderi de putere activă:

(1.5)

și putere reactivă

(1.6)

unde – pierderile, condiționate la livrarea P; – pierderile, cauzate la livrarea Q; – rezistențele elementelor rețelei.

În așa mod, necătînd la aceea că, la producerea puterii reactive nu se consumă putere reactivă, la livrarea Q în punctul de consum apar pierderi de putere și energie în toate elementele rețelei.

Se măresc pierderile de tensiune în elementele rețelei.

Pierderile de tensiune pentru linia trifazată se determină după relația:

(1.7)

Se mărește secțiunea liniei, puterea transformatoarelor și puterea generatoarelor centralelor electrice.

Consum exagerat de metale neferoase la linii și transformatoare.

Efectele pozitive în urma compensării puterii reactive.

Prin compensarea puterii reactive se înțelege generarea suplimentară de putere reactivă în locurile de consum ale ei. Eficacitatea compensației puterii reactive rezultă din următoarele condiții.

Se micșorează pierderile de putere activă, reactivă și de energie electrică în toate elementele sistemului de alimentare cu energie electrică. La instalarea surselor de putere reactivă cu puterea Qc la sfârșitul liniei (fig. 1.2) ΔP, ΔQ se micșorează corespunzător:

(1.8)

Crește tensiunea cu mărimea Ec datorită scăderii pierderilor de tensiune:

(1.9)

Se mărește conductibilitatea de trecere (după puterea activă) a tuturor elementelor sistemului de alimentare cu energie electrică.

Scade consumul metalelor neferoase. La proiectarea rețelelor din contul compensării puterii reactive există posibilitatea de micșorat secțiunea linilor, numărul și puterea transformatoarelor.

Din cele relatate mai sus putem face următoarele concluzii:

spre deosebire de puterea activă, puterea reactivă se poate genera în orice loc al rețelei electrice;

puterea reactivă, generată la centralele electrice, de regulă nu este suficientă pentru acoperirea tuturor sarcinilor reactive. Însă, chiar la generarea suficientă a puterii reactive la centrale livrarea ei în rețea este limitată, în primul rând din cauza creșterii pierderilor de tensiune;

livrarea puterii reactive pe distanțe mari poate să nu fie economic rezonabilă, deoarece duce la înrăutățirea indicatorilor tehnico-economici ai rețelei;

instalarea surselor de compensare duce la un șir de efecte pozitive, analizate mai sus;

generarea puterii reactive în unele cazuri este atât de necesară ca și consumul. Aceasta se referă la capacitatea liniei. Generarea de către ele a puterii reactive deseori se îndeplinește în acele locuri care nu sunt necesare, în urma cărora este nevoie de utilizat consumatorii corespunzători de putere reactivă (reactoarele);

imposibilitatea livrării puterii reactive în rețea deseori duce la apariția deficitului de putere reactive cu scăderea nivelului de tensiune în părțile corespunzătoare ale rețelei, în timp ce în celelalte noduri puterea reactivă dată nu este consumată totalmente;

legătura dinte regimul de tensiune și balansul puterii reactive duce la aceea, că reglarea și normalizarea regimurilor de tensiune este posibilă numai la existența rezervei de putere reactivă în partea corespunzătoare a rețelei;

problema compensării puterii reactive în rețeaua electrică se împarte în două părți legate reciproc:

asigurarea cerințelor tehnice, adică rezervei necesare de putere reactivă în diferite noduri ale rețelei;

alegerea optimală a surselor de compensare a puterii reactive reieșind din condiția minimului de cheltuieli pe sistemul de alimentare cu energie electrică.

Particularitățile principiilor de funcționare a compensatoarelor statice

Principiu de funcționare a convertorului de tensiune

Schema cu o punte a convertorului de tensiune (CT) este prezentată în figura 1.3 Sistemul de comandă a convertorului asigură durata stării conductibile a fiecărui braț, egală cu 180º (axele 1,2,3 în figura 1.3,b).

Fig. 1.3 Schema și regimurile de funcționare CT.

Impulsurile de comandă apar pe tiristoarele de blocare VS peste 60º în ordinea de succesiune 1-2-3-4-5-6. La o așa comandă pe clemele A, B, C se formează tensiunea de formă dreptunghiulară UAB, UBC, UCA (axele 4,5,6 în figura 1.3,b), prima armonică a tensiunii de fază va fi egală cu:

, (1.10)

unde tensiunea constantă a sursei de tensiune.

La conectarea în paralel a convertoarelor de tensiune prin transformatorului T1 la barele stației de transformare, schema echivalentă (figura 1.3,c) dă posibilitatea de determinat caracteristicile convertorului. Schimbând unghiul de comandă β a tiristoarelor de blocare și respectiv amplasarea fazorială a vectorilor Uc în corespundere cu vectorul rețelei U1, și de asemenea valoarea Uc în urma reglării Ud, se poarte de obținut regimurile de funcționare de redresare (figura 1.3,d), invertor (figura 1.3,e) și de compensare (β = 0) ale convertorului cu rotirea vectorului curentului de fază în diapazonul 0 ÷ 360º. În acest caz corelațiile de bază, ce determină regimul de funcționare a convertizorului, capătă forma:

(1.11)

Puterea activă și reactivă se poate de obținut, evidențiind în figura 1.3,d,e componenta activă și reactivă a curentului de fază, într-o formă mai simplă:

(1.12)

Convertizorul dat se utilizează ca un element de bază la alcătuirea diferitor procedee tehnice pentru dirijarea regimurilor liniilor de transport a energiei electrice, denumite în publicațiile străine FACTS (Flexible AC Transmission Systems – sisteme flexibile de transmisie a curentului alternativ). Prin comanda flexibilă cu regimurile de funcționare a liniilor de transport se înțelege posibilitatea schimbării puterii active transmise pe linie, și de asemenea puterii reactive concomitente din contul acționării asupra valorii tensiunilor, rezistenței totale și unghiului de transport a energiei. În acest caz se rezolvă un șir de întrebări, cum sunt:

menținerea nivelului necesar a tensiunii în linii;

asigurarea limitelor ridicate ale stabilității statice (aperiodice și de variație) și dinamice, și respectiv capacității înalte de tranzitare a liniei de transport;

amortizarea oscilațiilor electromecanice și electromagnetice în sistemul de transmitere;

preîntâmpinarea și reprimarea autoexcitării și autopornirii generatoarelor.

Compensatorul static paralel.

Deci convertizorul static de tensiune conectat paralel la bare poate să indeplinească funcția de compensator a puterii reactive, denumit în practica țărilor străine Statcom.

După cum rezultă din studierea regimurilor de funcționare a CT (figura 1.3), regimul de funcționare a compensatorului se caracterizează prin unghiul de comandă β = 0. pe lângă aceasta în expresia (1.12) , iar , adică valoarea și semnul puterii reactive se determină ca diferența dintre tensiunea rețelei și a convertorului, care se reglează la schimbarea tensiunii Ud. În schemele reale (figura 1.4) în calitate de sursă continuă de tensiune se utilizează bateria de condensatoare Cd, în care tensiunea se schimbă prin modificarea de scurtă durată a convertorului în regim de redresare sau invertare, în rezultatul căreia curentul id apare componenta continuă, care încarcă sau descarcă bateria până la tensiunea necesară. Menționăm, că în CST tradiționale se efectuează schimbul de energie electromagnetică între rețea și elementele reactive (condensatoare și reactoare), ceea ce necesită egalitatea puterii elementelor sale și puterii de compensare.

Fig. 1.4 Schema Statcomului.

În CT și Statcom comutatorul tiristoric efectuează schimbul de putere reactivă între faze ceea ce duce la scăderea esențială a puterii instalate la reactoare și la partea condensatoare. În așa mod, puterea reactoarelor alcătuiește 15 – 20 %, iar a condensatoarelor aproximativ 10% din puterea compensatorului. În curentul rețelei a CT cu o punte se conțin armonicile, scurte 6k ± 1, printre care cele mai mari sunt armonicile a 5-a și a 7-a. Înlăturarea lor se realizează prin mai multe căi:

alcătuirea schemelor cu 12 faze (2 convertoare) sau cu 24 de faze (4 convertizoare) cu mai multe punți, în care convertizorul se conectează paralel la capacitatea Cd;

elaborarea convertoarelor cu multe niveluri, forma tensiunii cărora corespunde schemei cu 12 faze (fig. 1.5);

introducerea modelării largi prin impulsuri (MLI) în sistemul de comandă, care după un algoritm special efectuează două conectări suplimentare ale tiristoarelor de închidere, formând astfel o ruptură în treptele tensiunii de fază.

Schema tiristorului de închidere cu alimentare prin cablu de frecvență înaltă este prezentată în figura 1.5. Este posibilă construcția tiristorului a cărui blocuri de comandă a celulelor se alimentează de la tensiunea de forță pe diodă (fig. 1.7). Acționarea rapidă a Statcomului se ilustrează prin oscilograma de trecere a compensatorului real cu o punte din regimul de generare în regimul de consum a puterii reactive 1.8. Durabilitatea trecerii alcătuiește mai puțin de 20 ms.

Fig. 1.5. Convertizor cu multe nivele.

Fig. 1.6. Schema tiristorului de blocare.

Fig. 1.7. Alimentarea blocurilor de comandă.

La începutul anilor ’80 a fost elaborată baza științifico-metodică de calcul a parametrilor elementelor Statcomului, și de asemenea a fost alcătuit un model experimental cu puterea 1,7 Mvar la tensiunea 10 kV. Cercetările experimentale efectuate asupra acestui dispozitiv au confirmat eficacitatea înaltă a acestei clase de convertoare la utilizarea în calitatea de compensator a puterii reactive.

Lucrările în această direcție sau petrecut și se aplică în SUA și Japonia. Centrul tehnico-științific al corporației Westinghouse Electric cu colaborarea institutului EPRI și companiei energetice TVA, a studiat și elaborat instalația industrial-experimentală Statcom. Instalația a fost introdusă în exploatare în noiembrie 1995 la stația de transformare Sullivan în Tennessee Valley Authority (TVA).

Fig. 1.8. Oscilograma procesului tranzitoriu a Statcomului.

Statcom conține opt convertoare paralele cu puterea de 12,5 Mvar fiecare, care formează schema cu 48 impulsuri, ceea ce permite de obținut, practic, forma sinusoidală a tensiunii trifazate a compensatorului. Puterea totală a compensatorului ± 100 Mvar, diapazonul de reglare 200 Mvar. Statcomul prin transformator 5,1/161 kV este conectat la barele de 161 kV a stației de transformare. Tensiunea nominală de redresare pe condensatorul convertoarelor, conectate la el în paralel, alcătuiește 6,6 kV.

Fiecare tiristor al invertorului este alcătuit din 5 modelatoare cuplate în ordinea corespunzătoare – unul din ele este în surplus. Închiderea automată a tiristoarelor se efectuează în așa fel, ca să se asigure distribuirea uniformă a tensiunilor între tiristoare. Tiristoarele posedă tensiune nominală 4500 V și curentul 4000 A (maximul curentului de deconectare) și se răcesc cu apă. Numărul total de tiristoare este 200. Suprafața totală ocupată de instalație are dimensiunile 30×16 m.

Stația de transformare Sullivan este amplasată la periferia regiunii energetice, ce deservește TVA, și are legături destul de slabe cu sistemul rețelei de 500 kV. Barale de 500 kV a stației de transformare sunt conectate cu barele de 161 kV prin transformatorul cu puterea 1200 MVA. Stația de asemenea este alimentată de 4 linii de 161 kV. În perioada sarcinilor minime se observă creșterea tensiunii pe barele 500 kV din cauza puterii de încărcare a rețelei, iar în perioada sarcinilor maxime tensiunea pe barele de 161 kV scade. Statcomul instalat la stația de transformare asigură diapazonul necesar de reglare a puterii reactive. Înlăturarea variațiilor de tensiune cu ajutorul Statcomului a permis reducerea esențială a numărului de comutări a dispozitivelor RTS pe transformatoarele de 500 kV, ceea ce a redus esențial și defectarea lor. Pentru lărgirea diapazonului de măsurare a puterii reactive, la Statcom suplimentar este conectată o baterie de condensatoare de 84 Mvar, care se dirijează cu ajutorul întrerupătorului sistemului de reglare.

Regulatorul de putere serie-paralel

Următorul exemplu de aplicare al convertorului de tensiune este prezentat în fig.1.9,a – două complecte care sunt cuplate paralel la partea de tensiune continuă. În acest caz, convertorul CT1 se conectează la linie (barele SA) în paralel, iar tensiunea alternativă de ieșire a convertorului CT2 prin transformatorul T2 se conectează în serie la linie, formând astfel un vector succesiv suplimentar al tensiunii , valoarea și faza ρ a căruia se schimbă cu ajutorul sistemelor de comandă a CT1 și CT2 în limite largi , în raport cu tensiunea de sincronizare U1 (fig. 1.9,c). Elementul intermediar de curent continuu format de convertoarele CT1 și CT2 este mai redus în comparație cu puterea transmisă prin linie și poate să dirijeze cu regimurile de funcționare ale liniilor de transport a energiei electrice.

La efectuarea calculelor se utilizează schema simplificată a liniei, care unește două sisteme energetice de putere infinită. Pentru comoditatea efectuării calculelor, tensiunile la începutul și sfârșitul liniei se consideră aceleași și invariabile după amplitudine (U1=U2=const) în tot diapazonul de măsurare a regimurilor de funcționare a liniilor.

Fig. 1.9. Schema reglatorului de putere complex.

Unghiul de fază δ între vectorii U1 și U2 se schimbă de la zero până la 90º. Amplitudinea maximală dată este ΔU=0,5U1. Pierderile active și puterea de încărcare a liniilor nu se iau în considerație. Convertizorul de tensiune CT1 funcționează cu puterea reactivă nulă (QCT1=0).

Luând în considerație schema echivalentă din figura 1.9,b, și de asemenea diagrama vectorială a tensiunilor și curenților din figura 1.9,c și utilizând metoda de suprapunere, curentul în linie se determină ca:

, (1.13)

unde vectorul curentului cu amplitudinea ΔU/Xl, ce rămâne în urmă de vectorul corespunzător ΔU cu 90º; vectorul curentului cu amplitudinea U12/Xl, ce rămâne în urmă de vectorul U12 de asemenea cu 90º.

Curentul liniei, se scurge prin trei surse în serie de tensiune, creează în ele puterile active și reactive, pe care nu este greu de determinat, proiectând componentele curentului liniei ΔI și I12 pe vectorii corespunzători ai tensiunii la existența curenților și puterilor active și pe vectorii ortogonali față de ei la existența curenților și puterilor reactive pentru valorile relative U1=U2=1; ΔU=0,5; Xl =1 vom obține următoarele relații ale puterii active și reactive:

sursa 1 (puterile la începutul liniei)

(1.14)

sursa 2 (puterile la sfârșitul liniei)

(1.15)

sursă suplimentară (puterile convertorului CT2)

(1.16)

Menționăm, că sursa suplimentară ΔU consumă puterea activă necesară PΔ din sistemul electric 1 prin convertoarele CT1 și CT2. De aceea, luând în considerație, că , iar , puterile pentru sistemul electric 1 se determină ca:

(1.17)

Corectitudinea relațiilor obținute se confirmă prin balansul puterilor active și reactive. În afară de aceasta, la absența sursei suplimentare (ΔU=0) expresiile creează dependențele cunoscute ale puterii active transmise prin linii și puterii reactive consumate la sfârșitul liniei față de unghiul de transmisie:

(1.18)

sau în mărimi absolute:

(1.19)

În figura 1.10 sunt prezentate caracteristicile de reglare a liniei de comandă în coordonatele P – Q, construite cu ajutorul relației (1.14) – (1.17).

Fig. 1.10. Caracteristicile de reglare a liniei de comandă.

Domeniile de reglare, când unghiurile de transmisie sunt cuprinse între limitele δ=0÷90º, se redau printr-o circumferință cu centrul ce se determină cu relația (1.18), și cu raza, egală cu amplitudinea ΔU=0,5. Circumferința P1 – Q1 când unghiurile δ > 0 se transformă în elipsă, iar când δ=90º se transformă într-o linie dreaptă. Centrul circumferinței PΔ – QΔ are coordonatele [0;0,25], iar raza sin(δ/2). Pe grafice este arătată direcția de creștere a unghiului ρ de la 0 până la 360º. Analitic ceasta se confirmă prin transformarea expresiilor (1.14) – (1.16), în expresiile de tipul:

(1.20)

Urmează de menționat, că atunci când ρ = ±90º (vectorul ±ΔUDFR din fig.1.9,c) obținem regimul, echivalent funcționării dispozitivului fazo-rotativ (DFR). În cazul când ρ este același, schimbarea amplitudinii ΔUDFR în limitele ± 0,5÷(-0,5) va duce la schimbarea suplimentară a unghiului δ cu +27÷(-27º) și la schimbarea corespunzătoare a puterii transmise.

Dacă ρ va primi valoarea, egală cu (90-δ/2), atunci vom obține regimul (figura 1.9,c), echivalent funcționării dispozitivului de reglare a compensării de durată a liniei (DCD), la care introducerea corespunzătoare a rezistenței capacitive în linie va duce la creșterea puterii transmise prin linie.

Relația (1.18) în coordonatele P – Q va căpăta forma:

, (1.21)

de unde rezultă că limitele de reglare a DFR prezintă din sine o parte a circumferinței cu centrul [Q=1, P=0] și raza R=1 (curba 4, fig. 1.10,b).

Diapazonul de reglare a DCD (curba 3, fig. 1.10,d) se determină printr-o porțiune a unei linii drepte, amplasată între circumferințele cu raza R=1 (linia necompensată, corba 1 fig. 1.10,d) și R=1,5 cu centrul [Q=1,5; P=0] (linia compensată până la P=1,5, curba 2, fig. 1.10,d).

În așa fel regimurile de funcționare a DFR și DCD sunt evenimente particulare regimurilor de funcționare mai mult decât a dispozitivului în întregime – sursei de comandă a tensiunii (SCT), vectorul căreia poate să se schimbe după amplitudinea de la 0 până la ΔU, și după fază de la 0 până la 360º.

Din analiza caracteristicilor energetice obținute și compararea lor rezultă, că cel mai efectiv mod de reglare a fluxului de putere în linii este sursa de comandă a tensiunii, atât după valoarea puterii active transmise, cât și după valoarea diapazonului de reglare cu posibilitatea obținerii puterilor reactive optimale la sfârșitul liniei.

În caz general, când amplitudinii ÄU poate să i se atribuie orice valoarea, egală în unități relative cu , în relațiile (1.14), (1.15), (1.17) și (1.20) este necesar de înlocuit 0,5 cu , iar relațiile (1.16) și (1.20) vor căpăta forma:

(1.22)

Distribuirea curentului de linie între tiristoarele închise VS și diodele inverse VD ale convertorului CT2 este prezentată pe axa a 7-ea (vezi fig. 1.3,b). Curentul Id2 la partea de tensiune continuă se determină ca:

(1.23)

Evident, că un astfel de curent va fi necesar de la CT1, funcționarea căruia este analizată în capitolul 1.3.2. Luând în considerație că Id1=Id2, vom obține legătura între CT1 și CT2 în forma:

(1.24)

În așa fel, odată cu schimbarea unghiului de comandă β1 a primului convertor se poate de reglat tensiunea Ud și respectiv amplitudinea ΔU, și de asemenea de asigurat trecerea puterii active în sursa de tensiune ΔU. Valoarea puterii reactive, necesară pentru compensarea paralelă la începutul liniei (QCT1), se stabilește schimbând bornele înfășurării transformatorului T1 (vezi fid 1.9,a) sau introducând MLI în sistemul de comandă a convertoarelor. Mărirea puterii de încadrare a curentului continuu și micșorarea armonicilor superioare ale curentului se efectuează, după cum sa menționat mai sus prin utilizarea schemelor convertoarelor cu multe punți.

Pentru prima dată în practica mondială un astfel de regulator cu puterea 160 Mvar a fost elaborat în SAU în statul Kentukki pentru liniile de transport a energiei electrice de 138 kV, în scopul sporirii capacității de trecere a liniei date și stabilirii fluxului de putere, indicat în acordul de cumpărare-vânzare a energiei electrice. Convertorul paralel CT1 (vezi fig. 1.9,a) conform schemei Statcom a fost pus în funcționare pentru reglarea tensiunii în anul 1997. În prezent se elaborează lucrări în legătură cu introducerea convertorului serie CT2 pentru realizarea schemei depline a regulatorului. La baza convertoarelor stau tiristoarele închise cu tensiunea repetată 4500 V și curentul de închidere 4000 A. Tiristoarele-GTO și dioda inversă cuplată cu el, circuitele de amortizare și elementele de răcire sunt incluse într-o construcție denumită modulator-GTO. Câteva modelatoare cuplate în serie alcătuiesc tiristorul. Patru tiristoare, instalate pe o construcție orizontală, formează faza convertorului. Modulatorul-GTO are un program cu circuit de comandă și electronică suplimentară pentru controlul și protecția fazei invertorului, care este conectată la sistemul central de comandă, legat la potențialul pământului, cu ajutorul conductoarelor optice de lumină.

Problema de bază la construirea tiristoarelor constă în asigurarea împărțirii uniforme a tensiunii pe tiristoarele-GTO serie atât în regimurile instalate, cît și în cele tranzitorii. Tiristoarele-GTO se caracterizează prin întârziere la conectare și dispersia încărcăturilor acumulate în urma deconectării. Electronica instalată ia în considerație specificul tiristoarelor individuale și compensează semnalele de comandă în așa mod ca toate tiristoarele consecutive să se conecteze în același timp.

În afară de aceasta, în SUA se petrec lucrări legate de proiectarea și elaborarea regulatorului de putere paralel-serie mult mai puternic pentru legătura între sistemele de 500 kV între statele Arizona și Karolina de Sud. Lucrări în acest domeniu se activează și în țările europene (Franța, Italia, Anglia, Suedia).

Compensatorul static serie.

După cum rezultă din fig. 1.9,c, la unghiul a sursei de comandă a tensiunii (SCT), când vectorul tensiunii suplimentare ΔUDCD se află în fază cu vectorul de bază a liniei U12, se asigură regimul compensării de durată a liniei de transport. Pentru aceste regim relațiile de bază obținute în capitolul 1.3.3 vor căpăta forma:

(1.25)

unde P1, Q1, P2, Q2 – puterile active și reactive la sfârșitul liniei; PΔ, QΔ – puterea activă și reactivă a SCT; Ql – puterea reactivă a liniei; ΔU – tensiunea SCT, u.r. când U=1; puterea limită de bază; U – tensiunea de linie la începutul și sfârșitul liniei electrice; Xl – rezistența inductivă a liniei.

Din aceste expresii se vede, că compensarea de durată a liniei nu necesită transmiterea puterii active (PΔ=0) în convertorul consecutiv conectat. De aceea convertorul CT1 (vezi fig. 1.9,a) nu este necesar, ceea ce simplifică schema compensării.

Fig. 1.11. Caracteristicile liniei de comandă cu compensator în serie.

În calitate de exemplu vom examina linia de transport de 500 kV cu lungimea de 730 km, din două părți câte 365 km. Puterea de încărcare a liniei se determină aproximativ ca Compensarea totală a puterii de încărcare se efectuează cu patru reactoare șuntate de comandă (RȘC) de 500 kV cu puterea 180 Mvar fiecare. Aprecierea preliminară arată, că la puterea naturală a liniei 900 MW (δ=45º), puterea limită alcătuiește aproximativ 1300 MW. Mărirea în continuare a puterii tranzitate când unghiul δ=45º poate să fie obținută prin conectarea în linie a compensatorului consecutiv (SCT), tensiunea căruia este:

, (1.25)

ceea ce va schimba puterea livrată de la 900 până la 1400 MW la puterea compensatorului egală cu Q=600Mvar (fig. 1.11). Luând în considerație schimbarea polarității ΔU de la +0,4 până la -0,4 și valorii tensiunii în aceste limite, se poate de reglat puterea tranzitată de la 1400 până la 440 MW și invers, asigurând comanda liniei în diapazonul 960 MW. În figura 1.12,a este prezentată o parte a liniei cu SCT. Din punctul de vedere al optimizării nivelurilor de tensiune dea lungul liniei întregi, este rațională instalarea instalației SCT pe SA intermediare în punctul 2, adică la mijlocul liniei electrice de transport. În caz de refuz a reglării puterii în partea micșorării valorii naturale, în schema compensării îndelungate se poate de introdus o baterie de condensatoare (BC) nereglabilă de jumate de putere, micșorând astfel puterea SCT de două ori (fig. 1.12).

Fig. 1.12. Schema liniei de comandă.

RȘC ce fac parte din componența liniei, îndeplinesc funcția de reglarea tensiunii la măsurarea puterii tranzitate până la valoarea reală, și de asemenea realizează stingerea arcului electric în pauza reanclanșării automate rapide monofazate (RARM) și reduc supratensiunile de comutație.

Ca a soluție alternativă pentru calculul tehnic examinat poate să fie schema DCD de comandă a tiristoarelor obișnuite (fig. 1.12,c), alcătuită (schema) din baterii de condensatoare și în plus, la ea este conectată în paralel gripa tiristoare-reactoare cu reglare lentă. O astfel de instalație a fost pusă în exploatare în anul 1990 de compania energetică „American Electric Power” la stația de transformare Kanawha River din SUA.

În anul 1992 compania „Siemens” a instalat la stația de transformare Kayenta din Arizona (uniunea energetică „Western Area Power Administration”) un bloc mono-modular de compensare de durată cu comanda cu tiritoare pe linia electrică aeriană 230 kV de lungimea 320 km. Instalația compensării de durată este situată aproximativ li mijlocul liniei. Utilizarea ei a permis de mărit puterea injectată în linie de la 300 până la 400 MW, la aceasta este atinsă limita de încălzire a sarcinii liniei. Timpul de răscumpărare a instalației a alcătuit 4 ani. Instalația este compusă din 2 baterii de condensatoare obișnuite de lungă durată la tensiunea de 230 kV cu puterea nominală 165 Mvar și rezistența fazică 55Ω. Una din baterii este împărțită în două secții consecutive câte 40 și 15Ω fiecare. Paralel la secția cu rezistența cu 15Ω este conectată grupa tiristoare-reactoare, cu ajutorul căreia se efectuează reglarea lentă a rezistenței rezultante a compensării de durată.

În același an în uniunea energetică „Bonneville Power Administration” a fost introdus în exploatare sistemul multimodular a compensării de durată, dirijat cu ajutorul tiristoarelor, la stația de transformare Slatt (linia de 500 kV Slatt – Bacly). Curentul nominal al liniei – 2900 A, curentul de supraîncărcare timp de 30 minute – 4350 A, timp de 10 s – 5800 A. Puterea injectată este 2500 MW. Valoarea maximală a curentului ce trece prin instalație la un scurtcircuit trifazat este 20,3 kA, valoarea maximală a curentului prin tiristoare este 60 kA. Această instalație până în zilele de astăzi este una dintre cele mai puternice din lume. Ea constă din 6 modulatoare conectate consecutiv, ce prezintă din sine conexiunea paralelă a bateriilor de condensatoare, limitatorului de supratensiuni, și tiristorelor conectate opus cu reactoare de limitare a curenților. Reglarea este în trepte. Rezistența capacitivă nominală este 8Ω, ceea ce corespunde puterii reactive de 202 Mvar. Rezistența capacitivă maximală este 24Ω. Funcționarea cu rezistența 12Ω poate să continue 30 min, iar cu rezistența 10Ω – 10 s. Reacția instalației la acționările de comandă se află în limitele unei perioade a frecvenței de lucru. În instalație sunt utilizate tiristoare speciale cu diametrul 100 mm, elaborate de compania „General Electric”, SUA. Încercările efectuate la stația de transformare Slatt au arătat, că în afară de funcțiile de bază ale compensării de durată sistemul înlătură efectul de rezonanță și amortizează oscilațiile puterii injectate în linie.

Compararea a două soluții tehnice (fig. 1.12,a și c)a compensării de durată de comandă arată, că prima are mai multe avantaje deoarece permite crearea tensiunii reglabile, independent de curentul liniei, atât în diapazonul capacitiv, cît și în cel inductiv. Aceasta dă posibilitatea de a amortiza mai eficient oscilațiile puterii în procesele tranzitorii, de distribuit puterea injectată prin secțiune între legăturile șuntate și să posede un diapazon de reglare ceva mai larg pentru dirijarea puterii injectate. În afară de aceasta, aparatajul tiristoric în primul caz se află legat la potențialul pământului după transformator, ceea ce simplifică procesul de exploatare.

Compensatorul paralel de putere activ-reactivă

Utilizarea frânării limitate și amortizării variațiilor rotoarelor generatoarelor a stației de transmisie cu ajutorul acumulatoarelor de energiei electrică acționează pozitiv asupra stabilității dinamice a sistemului în întregime. Există două tipuri de acumulatoare de energie electrică:

pe baza reactorului supraconductor, în care energia acumulată în inductivitate poate să fie transmisă în rețea sau absorbită din rețea cu ajutorul convertorului de curent, conectat paralel la rețea sau la linie;

pe baza bateriei de condensatoare sau sursei de tensiune, energia cărora se transmite în rețea sau se absoarbe din rețea cu ajutorul convertorului de tensiune (analogic Statcomului cu baterie puternică sau sursa suplimentară de tensiune). În acest caz este rațional de utilizat acumulator de energie electrică pentru compensarea puterii reactive și reglării tensiunii în punctul de conexiune, transformându-l în așa fel într-un compensator de putere activ-reactivă (CPAR). Însă folosirea energiei dispuse a cumulatorului nu întotdeauna este optimală. De exemplu, la instalarea CPAR în mijlocul liniei impulsurile limitate de energie se vor distribui pe ambele părți ale liniei și astfel vor acționa asupra generatoarelor, atât a sistemului electric de transmisie cât și a sistemului electric de absorbție, influențând foarte puțin mișcarea reciprocă a vectorilor de tensiune. De aceea într-un șir de cazuri este necesară reglarea direcțională specială a CPAR după doi parametri (ΔP și Q) pentru mărirea eficacității utilizării lui pe linia electrică de transport. Teoretic , prezența CPAR în mijlocul liniei de transport la stabilizarea tensiunii în punctul conectării după amplitudine și fază, împarte linia în două părți (schema Bauma), în felul acesta dând posibilitate de a dirija cu puterea livrată și a mări limitele sale. Însă de la CPAR se cere o putere considerabilă, ceea ce reduce eficacitatea dirijării transversale a regimului de funcționare a liniilor electrice de transport.

Compararea eficacității surselor statice de compensare

Informația expusă mai sus și analiza lucrărilor publicate, dau posibilitatea de efectuat o evaluare prealabilă a domeniilor și eficacității aplicării surselor statice de compensare pentru reglarea tensiunii, măririi stabilității și amortizării variațiilor de putere, atît în liniile de transport a energiei electrice cît și în rețeaua complet buclată a sistemului energetic, care sunt sistematizate în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

Eficacitatea surselor statice de compensare.

Remarcă :

„–” – absența influenței; „+” – influență slabă; „++” – influență medie; „+++” – influență puternică.

Abrevieri: CST – compensator static cu tiristoare de putere reactivă; Statcom – compensator static bazat pe convertorul de tensiune; CPAR – compensator paralel de putere activ-reactivă; BCCDT – bateria de condensatoare consecutivă dirijată cu tiristoare; CC – compensator consecutiv bazat pe convertor de tensiune; RPPC – regulator de putere paralel consecutiv bazat pe două convertoare de tensiune.

Din analiza tabelului rezultă, că trecerea de la reglarea transversală (paralelă la cea longitudinală), forțează comanda liniei de transport după puterea activă și îmbunătățește stabilitatea dinamică a livrării. Cele mai mari posibilități tehnice le are regulatorul de putere paralel-consecutiv care îndeplinește funcția de comandă longitudinală, tranversală și de fază. În concluzie subliniem că la alegerea tipului concret de surse statice pentru aplicarea în liniile de transport a energiei electrice cu scopul acordării, lor a noilor particularități flexibile, trebuie de luat în considerație următoarele criterii de apreciere a eficacității lor:

menținerea nivelului necesar de tensiuni în punctele date ale liniei (la începutul, sfârșitul și la SA intermediare) în regimurile de funcționare stabilite și tranzitorii;

asigurarea limitelor necesare a puterii active tranzitate în liniile de transport și puterilor reactive minimale ale sistemului de transmisie și de absorbție în regimurile stabilite;

asigurarea diapazonului de comandă a puterii active injectate în liniile de transport;

influența asupra distribuției puterii active între liniile paralele ale diferitor nivele de tensiune;

corespunderea nivelurilor de tensiune față de valorile normative dea lungul liniilor de transport;

asigurarea stabilității funcționării transportului de energie electrică și reglării dispozitivelor la schimbările mici ale parametrilor regimului și puterilor de tranziție limitate;

asigurarea stabilității funcționării transportului de energie electrică și reglării dispozitivelor la procesele dinamice de calul pentru valorile limită ale puterii tranzitate obținute în regimurile date;

asigurarea gradului de amortizare a oscilațiilor electromagnetice și electromecanice după procesele dinamice în tot diapazonul de schimbare a puterii tranzitate.

Compararea economică a diferitor variante se efectuează pe baza efectelor tehnice suplimentare obținute (mărirea capacității de tranzit a liniilor de transport, amortizarea variațiilor, refuzul construirii noilor linii de transport) din considerentul costului utilajului dispozitivelor de reglate și tranzitării în general.

Domeniile de aplicare a compensatoarelor statice cu tiristoare.

Compensatorul static cu tiristoare (CST) – este un dispozitiv static multifuncțional, care asigură schimbarea lentă sau treptată a puterii reactive consumate sau emise de către aparat pe barele racordării lui în corespundere cu regula indicată.

Compensatoarele statice cu tiristoare au găsit o aplicare largă în electroenergetică. Domeniile de aplicare ale CST sunt:

compensare puterii reactive și a armonicilor superioare ale curentului de sarcină a întreprinderilor metalurgice, în special la cuptoarele cu arc electric pentru topirea oțelului, la aparatele de laminat cu mecanism tiristoric de acționare și alte sarcini analogice, stabilizarea tensiunii pe bare și menținerea valorii date a coeficientului de putere a acestor sarcini;

stabilizarea tensiunii și limitarea supratensiunilor cvasistaționare și de comutație în liniile electrice de curent alternativ, ceea ce asigură mărirea stabilității liniei;

menținerea tensiunii pe barele de conexiune a liniilor electrice aeriene de curent continuu la sistemele electrice pentru îmbunătățirea funcționării liniilor electrice de transport de curent continuu, mărirea stabilității stației de transformare, micșorarea acționării reciproce a liniilor electrice de transport de curent continuu și sistemelor electrice;

micșorarea oscilațiilor de tensiune, cauzate de acționarea sarcinilor variabil- rapide;

simetrizarea curenților și tensiunilor în rețeaua cu sarcina nesimetrică pe faze;

reducerea nivelului armonicilor superioare în rețea;

asigurarea condițiilor de stingere rapidă a curentului de însoțire a scurtcircuitului în pauza reanclanșării automate rapide monofazate pe liniile electrice aeriene de înaltă tensiune și supratensiune.

În afară de domeniile sus numite sunt posibile și alte domenii de aplicare a CST, mai cu seamă în acele cazuri când este nevoie de un compensator de putere reactivă cu acționare rapidă.

În caz general CST asigură compensarea scăderii calității energiei electrice când este prezentă sarcina nestaționară sau nesinusoidală și soluționează problemele legate de îmbinarea electromagnetică a acestei sarcini la sistemul electric de alimentare.

CAPITOLUL II

COMPENSAREA FACTORULUI DE PUTERE – STUDII DE CAZ

Consumul de putere reactivă în cadrul sistemului energetic este practic egal cu consumul de putere activă la sarcina maximă.

Centralele electrice sunt dimensionate pentru o putere reactivă egala cu 50-60 % din cea activă , ceea ce conduce la necesitatea introducerii unor instalații de compensare a diferenței de putere reactivă.

Consumul de putere reactivă este caracterizat prin factorul de putere care în regim sinusoidal este dat de relația:

cos φ = P/S

În care:

P- Puterea activă;

Q-Puterea reactivă;

S- Puterea aparentă;

Pentru instalațiile existente , aflate în exploatare se utilizează noțiunea de factor de putere mediu stabilit cu ajutorul contoarelor de energie activă- Eat și reactivă –Ert într-un anumit interval de timp: oră, zi, lună, an.

Consumatori de putere reactivă în întreprinderi sunt:

-motoare asincrone, transformatoare, cuptoare cu inductie, cuptoare cu arc;

Consumul de putere reactivăare efecte negative asupra întregului proces de producere, transport, distribuție și utilizare a energiei electrice prin:

-creșterea pierderilor de putere activă și energie activă la producerea și transportul energiei electrice;

-cresterea pierderilor de tensiune la transportul energiei electrice;

-necesitatea supradimensionarii instalațiilor electrice lucru care mărește cheltuielile de investiții;

-valoarea ridicată a cheltuielilor anuale în cazul funcționării cu un cosφ mai mic decât cel neutral;

Factorul de putere neutral cosφ=0,92 este valoarea minimă pentru care utilizatorul nu platește energie reactivă.

Daca factorul de putere cosφ≤ 0,65 atunci consumatorul platește energia reactivă cu de 3 ori tariful normal.

Compensarea factorului de putere reduce sau chiar elimină efectele negative ducând la obținerea de economii atât la cheltuielile cu investiții cât și la cele de producție.

Ca mijloace pentru compensarea consumului de putere și energie reactivă menționăm:

-alegerea corectă a puterii transformatoarelor și motoarelor electrice la proiectare;

-funcționarea în paralel a transformatoarelor după graficul de pierderi minime;

-limitarea funcționării în gol a motoarelor și transformatoarelor de sudură;

-înlocuirea motoarelor și transformatoarelor electrice supradimensionate;

cosφ1 este factorul de putere neutral al consumatorului:

Qc = P1(tanφ1-tanφ2) în care

P1 este puterea activă a consumatorului necompensat, putere maxima absorbită;

Folosim condensatoare de joasă cu tensiune nominală a condensatorului Un=440V sau Un=400V pentru compensarea consumatorilor de joasă tensiune și condenastoare cu Un=7,2kV pentru compensarea motoarelor asincrone care au Unm=6kV.

Puterea condensatorului trifazat în conexiunea triunghi:

Qc=3ωCU2nc ;

Unc = tensiunea normală a condensatorului;

C=Qc/3ωU2nc;

Puterea condensatorului conectat la o tensiune a rețeleiUnr, condensatorul cu tensiune normală Unc.

Qc=Qnc(Unr/Unc)2;

Condiții pentru compensarea cu condensatoare:

– Suparasarcinile admise de condensatoare în raport cu valorile nominale sunt:

Imaxc =1,3Inc- curent maxim admis;

Umaxc =1,1Unc- tensiune maximă admisă;

Qmaxc= 1,43 Qnc – putere maximă admisă ;

– Condensatoarele trebuie să fie prevazute cu rezistențe de descărcare care trebuie să asigure descărcarea condensatorului la 50V după deconectare la timp de maxim 1 minut.

R= td/C ln (Un/Uad)

Uad=50V

Un=400V

C=capacitate condensatorului

Td =1 minut

– Contactoarele de conectare și deconectare a condensatoarelor sunt contactoare specilalizate pentru cuplare și decuplare și se aleg pentru puterea condensatoarelor.

Au durata de viața de conectare 200.000 de cicluri si 120 cicluri conectare /deconectare pe ora.

Siguranțele fuzibile sunt siguranțe lente cu: Inf= 1,8Inc;

Inf= curent nominal patron fuzibi ;

Inc= curent nominal condensator;

Qc =P1(tanφ1- tanφ2) ; cosφ2=0.92 ; tanφ2=0.426

Qc=P1(tanφ1-0,426)

– Motoarele asincrone au factor de putere cuprins între cosφ=0.8…..0,86 și tanφ=0,75….0.6

Deci : P1(0,75-0,426)=0.324P1;

P1 (0,6-0,426)=0.174P1;

Ținând cont că din proiecte și din gama de putere ele sunt încărcate în jur de 80% din Pn ajung în exploatare să aibe în funcțiune un cosφ=0,8 și deci:

Qc = P1(0,75-0,426)=0.324P1;

Pentru consumatorii care au măsura pe medie tensiune, măsurarea puterii reactive pe care o absoarbe transformatorul în gol se poate face pe joasă tensiune prin montarea unui condensator fix (de valoare calculată) pe barele de joasă tensiune.

Qc =(i0/100)xSn; i0=In/100;

i0- este curentul de mers în gol în procent din curentul nominal al transformatorului;

Sn- puterea nominală aparentă a transformatorului;

Sn = puterea aparentă a transformatorului 20/0,4 kV;

Qc = puterea necesară pentru a putea fi compensată puterea reactivă de mers în gol a transformatorului;

i0= In/100; In – curentul nominal al transformatorului;

Unc tensiunea nominală a condensatorului care se montează pe bara de 0,4 kV;

Qrc = puterea reală a condensatorului la tensiunea rețelei de 0,4 kV;

ΔQT= ΔQ0+α2 ΔQK

Pierderile de putere reactivăa transformatorului este formată din pierderile de putere reactivă la mersul în gol al transformatorului la care se adaugăpierderile de putere reactivă la funcționarea în sarcină a transformatorului.

ΔQ0 = pierderile de putere reactivă la mersul in gol;

ΔQ0=Sn i0% / 100;

ΔQK – pierderile de putere reactivă la funționarea la sarcină nominala In;

α2 = (I/In)2 ; I=curentul de sarcină;

ΔQk= Sn uk%/100;

uk%=tensiune procentuală de scurtcircuit;

uk%= Uk/100;

Factorul α2 ΔQk se va compensa în cadrul compensări locale sau compensării centrale cu baterie de condensatoare și regulator automat de factor de putere.

Erf= Er- Ea0,426

Erf=energia reactivă facurată lunar;

Er=energia reactivă inregistrată lunar;

Ea=energia activă inregistrată lunar;

Dacă Er= Ea0,426 atunci Erf=0 și nu se mai platește energia reactivă adică cosα=0.92.

Compensarea se va face la cosφ=0,94…0,95 adică tanα2=0.328.

1.Condensatoarele care se montează la tensiunea 0,4kV vor fi condensatoare cu Un=440V, în cazul în care tensiunea rețelei este mai mare de 400V și apar supratensiuni în rețea, pentru a rezista la socul de tensiune.

2. În cazul în care se constată existența unui regim deformant de peste 5% și îndeosebi existența armonicilor de ordin 5 si 7 se conectează în serie cu bateria bobine de reactantă care constă din conductoare cu 5…8 spire în aer.

3. La conectarea bateriei sau a treptelor acesteia, creșterea tensiunii pe barele de MT a stației nu trebuie să depașească 3% din tensiunea nominală a rețelei.

Δuk=(Q/Sk)100 ≤ 3% unde:

Q – puterea bateriei sau a treptei care se conectează;

Sk – putere de scurtcircuit pe barele stației la care se racordează bateria;

4. Funcționarea condensatorilor la o tensiune mai mică decât cea nominală conduce la diminuarea puterii acestora.

Qc= Qnc(U2/Unc)

U – tensiunea la care funcționează condensatorul;

Qc – puterea reală a condensatorului;

Qnc – puterea nominală a condensatorului;

Unc – tensiunea nominală a condensatorului;

Efectele scăderii factorului de putere

Creșterea pierderilor de putere în rezistența conductorilor

Pentru o valoare dată a puterii active, pierderile ohmice cresc în raport invers proporțional cu pătratul factorului de putere. Într-un sistem trifazat echilibrat valoarea pierderilor este dată de expresia:

ΔP=3R(U2I2/U2) = RS2/U2 = (R/U2)P2 + R/U2) Q2 = ΔPp+ΔPq= (RP2/U2)/cos2φ;

P2+Q2=S2;

ΔP= (RP2/U2)/cos2φ

Pierderile produse de fiecare din puterile P și Q sunt independente și acest lucru dă posibilitatea compensării puterii reactive, reducându-se pierderiile produse de acestea fară a se influența pierderile datorită puterii active. De asemenea se poate calcula amortizarea investiiților necesare instalațiilor de compensare a factorului de putere.

Necesitatea supradimensionarii instalațiilor:

S=P/cosφ

La o putere activă necesară, puterea aparentă pentru care se dimensionează instalațiile de producere, transport și distribuție este invers proportională cu factorul de putere (cosφ).

Reducerea posibilitațiilor de încărcare cu putere activă a instalațiior existente.

O instalație existentă, o putem încărca cu o putere activă mai mare dacă factorul de putere este mai mare.

P=Scosφ la cosφ=1 P=S.

2.1 COMPENSARE FACTOR DE PUTERE -Fabrica de peleți

2.1.1.Lista receptorilor

Putere instalată Pi = 1050 kW;

Factor de simultaneitate Ks =0,67;

Psmax = Ks Pi;

Putere simultană maximă absorbită Psmax = 704 kW;

Toate motoarele sunt motoare asincrone cu rotorul în scurtcircuit cu n = 1500 rpm

și au cos φ = 0,8.

Vom monta o baterie de condensatori care să compenseze factorul de putere la valoarea cos φ2 = 0,96.

Psmx =704 kW; cos φ1 = 0,8; tan φ1 = 0,75; cosφ2=0,96; tan φ2 =0,2916;

Puterea reactivă capacitivă necesară pe care trebuie să o producă bateria de condensatori este:

Qnec = Psmax ( tanφ1 – tan φ2 ) =704 ( 0,75 – 0,29 ) =323 kVAr

Tensiunea masurată în rețea este Ur = 416 V;

Vom alege condensatori cu tensiunea nominală Un = 440 V;

Puterea reactivă capacitivă a condensatoarelor cu Un= 440 V montate într-o rețea cu Ur=416 va fi redusă cu pătratul raportului tensiunilor Ur /Un ;

Qc =0,8938 Qn ;

Rezultă că Qn = Qc /0,8938 =323 /0,8938 =361,37 kVAr;

Puterea reactivă capacitivă a bateriei de condensatori care trebuie montată petru a

asigura în funcționare un factor de putere cos φ = 0,96 este:

Qnec = 360 kVAr

Condensatorii care se vor monta în baterie trebuie să aibă Un = 440V. Suprasarcinile admise de condensatori în raport cu valorile nominale sunt :

Imaxc = 1,3 Inc ; Imaxc = curentul maxim admis;

Inc = curentul nominal al condensatorului;

Umaxc = 1,1 Unc; Umaxc= tensiunea maximă admisă;

Unc = tensiunea nominală a condensatorului;

Qmaxc = 1,43 Qnc; Qmaxc= puterea reactivă maximă admisă;

Qnc = puterea reactivă nominală a condensatorului;

Condensatoarele sunt prevăzute din fabrică cu rezistențe de descărcare care trebuie să asigure descărcarea condensatorului pâna la valoarea Uc = 50V în timpul de 1 minut după deconectarea condensatorului.

Vom monta o baterie de condensatori cu 11 trepte de reglare cu regulator automat de factor de putere cu 12 trepte de reglare tip LOVATO DRK 12. Acest regulator este alimentat la Un = 400 V și primește informații de curent de la un transformator de curent 1500 /5 A

2.1.2.Alegerea treptelor de condensatori

Această baterie are puterea nominală Qn =360 kVAr la tensiunea nominală Un = 440 V

și puterea reactivă Qr = 320 kVAr la tensiunea rețelei Ur = 416 V

2.1.3.Puterea reactivă și curenții absorbiți de condensatori pe fiecare treaptă

Q=Qn(416/440)2 puterea reactivă efectivă pe treaptă deoarece tensiunea rețelei Ur=416V și tensiunea nominală a condensatorilor este Un=440V.

Valoare totală condensatori= 3580,52 Ron

2.1.4.Lista cu contactorii treptelor, puterea reactivă pe care o pot conecta și deconecta, preț pe bucată

Valoare totală contactori =1960,97 Ron

2.15.Lista cu elemenți de siguranță pentru protecție la scurtcircuit, preț pe bucată

Valoare totală elemenți de siguranță complet echipați = 801,81 Ron

2.1.6. Materiale folosite:

Valoare totală materiale =16364,57 Ron

Manoperă uzinare =4909,371 Ron

Total =21273,94 Ron

Pentru o functionare cu P=600 kW cu un cosφ =0,82 21 zile cu 8 ore pe zi vom avea:

cosφ = 0,82 rezulta tanφ = 0,698

Q = Ptanφ = 600 x 0,698 =418,8 kVAr

Energiile active si reactiva înregistrate într-o luna -21 zile cu 8 ore pe zi vor fi:

Ea = 600 x 21 x 8 =100800 kWh

Er = 418,8 x 21 x 8 =70358 kVARh

Erf-energia reactivă facturată

Erf = Er – Ea x 0,426 =27417 kVArh

Preț energie reactivă =0,0658 ron /kVArh

Cost energie reactivă pe luna =27417 kVArh x 0,0658 ron/kVArh =1804 Ron/lună

Amortizarea investiției în valoare de 21273,94 Ron se va amortiza în 21273,94/1804 =11,79 luni.

Investiția se amortizează într-un an de zile.

2.1.7.Programarea regulatorului DCRK 12 LOVATTO

1.Se poziționează regulatorul pe poziția afisată SET…

2.Introducerea parametrilor:

2.1 Parametrul P01 curent primar redactor de current : 1500 A

2.2 Parametrul P02 valoarea în kVAr a pasului.Pasul este valoarea in kVAr a celei mai mici trepte față de care celelate trepte sunt multipli pasul :10 kVAr

2.3 Parametrul P03 tensiune nominală condensatori : 440 V

2.4 Parametrul P04 timpul de reconectare a trptelor după ce au fost deconectate 60 de secunde

După ce o traptă a fost deconectată, condensatoarele se descarcă pe rezistența de descărcare și numai după aceea pot fi reconectate.

2.5 Parametrul P05 sensibilitatea: 60 secunde

2.6 Parametrul P06 Coeficienții de pas

2.6.1 Treapta 1 k=1 1 x 10 kVar

2.6.2 Treapta 2 k=1 1 x 10 kVAr

2.6.3 Treapta 3 k=2 2 x 10 kVAr

2.6.4 Treapta 4 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.5 Treapta 5 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.6 Treapta 6 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.7 Treapta 7 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.8 Treapta 8 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.9 Treapta 9 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.10 Treapta 10 k=4 4 x 10 kVAr

2.6.11 Treapta 11 k=4 4 x 10 kVAr

2.7 Factorul de putere cosφ:0,96

3.Se poziționează regulatorul pe poziția AUTO

2.2COMPENSARE FACTOR DE PUTERE- Prelucreare deșeuri metalice

1.Foarfecă prelucrare deșeu inox

1.1 Motor pompă hidraulică Pn = 90 kW cosφ= 0,8 buc =2 P = 180 kW

1.2Motor pompă pilot Pn = 30 kW cosφ = 0,8 buc = 1

2. Foarfecă prelucrare deșeu fier

2.1 Motor pompă hidraulică Pn = 90 kW cosφ= 0,8 buc = 4 P = 360 kW

2.2 Motor pompă pilot Pn = 30 kW cosφ = 0,8 buc = 1

3.Presă baloți aluminiu TG 200

3.1 Motor pompă hidraulică Pn = 75 kW cosφ = 0,8 buc = 2 P = 150 kW

3.2 Motor pompă pilot Pn = 30 kW cosφ = 0,8

4. Presă baloți cupru TG 200

4.1 Motor pompă hidraulică Pn= 75 kW cosφ = 0,8 P = 150 kW

4.2 Motor pompă pilot Pn = 30 kW cosφ =0,8

5. Tocător deșeu aluminiu UNTHA 110

5.1 Motor pompă hidraulică Pn =110 kW cosφ =0,86

6. Tocător UNTHA 90

6.1 Motor Pn = 45 kW cosφ = 0,86 buc = 2 P =90 kW

7.Lista cu toți consumatorii:

1 Motor Pn = 110 kW cosφ = 0,86 buc =1 P = 110 kW

2 Motor Pn = 90 kW cosφ= 0,8 buc = 6 P = 540 kW

3 Motor Pn = 75 kW cosφ = 0,8 buc = 4 P = 300 kW

4 Motor Pn = 45 kW cosφ = 0,86 buc = 2 P = 90 kW

5 Motor Pn = 30 kW cosφ = 0,8 buc = 4 P = 120 kW

Puterea instalată Pi = 1160 kW

Puterea maximă simultan absorbită inregistrată de contor Pmaxs = 450 kW

Compensarea factorului de putere se va face local, pe fiecare motor.

8.Determinarea necesarului de putere reactivă de compensare pentru a funcționa la un cosφ = 0,96 de la cosφ = 0,8 cât are motorul.

8.1 Pentru motorul cu Pn =90 kW și cosφ = 0,8

Pn = 90 kW cosφ1 = 0,8; tanφ1=0,75; cosφ2 = 0,96; tan φ2 = 0,29;

Qnec = Pn ( tanφ1 – tanφ2 ) = 90 ( 0,75 – 0,29 ) =90 x 0,46 = 41,4 kVAr;

Vom monta pe acest tip de motor 2 condensatori care dau împreună Q = 37,5 kVAr:

– un condensator cu Qn = 25 kVAr Un =400 V;

– un condensator cu Qn = 12,5 kVAr Un = 400V;

Puterea reactivă Q = 37,5 kVAr montată pe motorul cu Pn = 90kW la sarcina nominală va asigură un factor de putere cosφ2 astfel:

tanφ2 = (Pntanφ1 – 37,5 ) / Pn = ( 90 x 0,75 – 37,5 )/90 = ( 67,5 -37,5 )/90 = 30 /90

tanφ2 = 0,333 rezultă cos φ2 = 0,948

Motorul va funcționa la sarcina nominală cu un cos φ2 =0,948

8.2 Pentru motorul cu Pn = 30 kW și cosφ = 0,8

Pn = 30 kW cosφ1 = 0,8; tan φ1 =0,75; cosφ2 = 0,96; tanφ2 = 0,29

Qnec = Pn ( tan φ1 – tan φ2 ) =30 ( 0,75 – 0,29 ) =30 x 0,46 =13,8 kVAr

Vom monta pe acest tip de motor un condensator cu Qn 12,5 kVAr Un =400 V

Putrea reactivă Q = 12,5 kVAr montată pe motorul cu Pn = 30 kW va asigura la sarcina nominală un factor de putere cos φ2 astfel:

tanφ2 = (Pntanφ1 – 12,5 ) / Pn = ( 30 x 0,75 – 12,5) / 30 = ( 22,5 – 12,5 ) / 30 =10 / 30

tanφ2 = 10 /30 = 0,333 rezultă cosφ2 = 0,948

Motorul va funcționa la sarcină nominală cu un cosφ2 = 0,948

8.3 Pentru motorul cu Pn = 75 kW cosφ = 0,8

Pn = 75 kW; cosφ1 = 0,8; tanφ1 = 0,75; cosφ2 = 0,96; tanφ2 = 0,29

Qnec= Pn (tanφ1 – tanφ2) = 75 (0,75 – 0,29 ) =75 x 0,46 =34,5 kVAr

Vom monta pe acest tip de motor un condensator cu Qn = 25 kVAr Un = 400 V

Puterea reactivă Q = 25 kVAr montată pe motorul cu Pn = 75 kVAr va asigura la

funcționarea la sarcina nominală un factor de putere cosφ2 astfel:

tanφ2 = (Pntanφ1 -25 ) /75 = (75 x 0,75 – 25 ) /75 = ( 56,25 – 25 ) / 75 =31,25 /75

tanφ2 = 31,25 / 75 = 0,4166 rezultă cosφ2 = 0,923

8.4 Motor Pn = 110 kW cosφ= 0,86

Pn = 110 kW cosφ1 = 0,86 tanφ1 =0,59; cosφ2 = 0,96; tanφ2= 0,29

Qnec = Pn ( tanφ1 – tanφ2 ) = 110 ( 0,59 – 0,29 0 =110 x 0,3 =33 kVAr

Pe acest tip de motor vom monta condensatori cu Q = 37,5 kVAr astfel:

-un condensator cu Qn = 25 kVAr Un = 400 V;

-un condensator cu Qn = 12,5 kVAr Un = 400 V;

Puterea reactivă Q = 37,5 kVAr montată pe motorul cu Pn = 110 kW va asigura la

funcționarea la sarcina nominală un cosφ2 astfel:

tanφ2 =( Pntanφ1 – 37,5 ) /110 = ( 110 x 0,59 – 37,5 ) /110 = ( 64,9 – 37,5) /110 =27,4 /110

tanφ2 = 27,4 /110 =0,249 rezultă cosφ2 = 0,97

Motorul va funcționa la sarcină nominală cu cosφ= 0,97

8.5 Motor Pn = 45 kW cosφ = 0,86

Pn = 45 kW; cosφ1 = 0,86; tanφ1 = 0,59; cosφ2 = 0,96; tanφ2 = 0,29;

Qnec = Pn ( tanφ1 – tanφ2 ) = 45 ( 0,59 – 0,29 ) 45 x 0,3 = 13 5 kVAr

Vom monta pe acest tip de motor un condensator cu Qn = 12,5 kVAr Un = 400 V

Puterea reactivă Q = 12,5 kVAr montată pe motorul cu Pn = 45 kQ va asigura la funcționarea

la sarcină nominală un cosφ2 astfel:

tanφ2 = ( Pntanφ1 – 12,5) /45 = (45 x 0,59 – 12,5) / 45 = ( 26 55 – 12,5 ) / 45 =14,05 / 45

tanφ2 = 14,05 / 45 = 0,31 rezultă cosφ2 =0,954

Motorul va funcționa la sarcină nominală la cosφ= 0,954.

9.Total condensatori montați pe motoare

9.1 Condensatori Qn = 25 kVAr Un = 400 V buc = 11

9.2 Condensatori Qn = 12,5 kVAr Un = 400 V buc = 13

10..Consumuri de energie activă și reactivă înainte de montare condensatori și după montarea condensatorilor

10.1 Energii consumate înainte de montare condensatori

Ea-energie activă consumată pe lună ;

Er –energie reactivă consumată pe lună

Erf-energie reactivă facturată Erf = Er – Ea x 0,426

Ea =45661 kWh Er= 57783 kVArh Erf =38331 kVArh cosφ =0,62

Prețenergie reactivă = 0,0658 /kVArh pentru cosφ mai mare 00,65

Pentru cosφ mai mic de 0,65 preț energie reactivă = 3 x 0,0658 = 0,1974

Erf =Er –Ea x 0,426 =57783 – 45661 x 0,426 =38331 kVArh

Valoarea energiei reactive inductive platită pe lună =38331x 0,1974 =7566,62 Ron

10.2 Energii consumate după montarea condensatorilor

Ea =50032 kWh Er = 17964 kVArh cos φ =0,9411

Nu s-a mai facturat energie reactivă inductivă cosφ fiind mai mare decat factorul de putere neutral=0,92 peste care nu se mai platește reactiva

11.Materiale și echipamente electrice necesare pentru compensarea factorului de putere local

Total valoare materiale electrice =4891,17 Ron fară TVA

Manoperă + încheiere deviz =2445,58 Ron fară TVA

Total =7336,75 Ron fara TVA

TOTAL =9097,57 Ron

Valoarea investitiei se amortizează în 1,5 luni.

12.Montarea condensatorilor

12.1 Condensatorii pentru compensarea locală se monteaza în dulapul existent de acționare al fiecarui motor

12.2 Conductoarele de alimentare condensatori se leagă în dulap la conectorii de plecare cabluri electrice spre motoare.

12.3Condensatorii au montate rezistente de descarcare a capacității din fabrică corespunzator dimensionate

12.4 Pe conductoarele VLPY 16 mm2 si 25 mm2 pe capete se montează pini terminali izolați

2.3.COMPENSARE FACTOR DE PUTERE MOTOARE ASINCRONE

2.3.1.Stația de pompare DERVENT

Aceasă stație este prevazută cu 5 motoare electrice asincrone cu urmatoarele caracteristici:

Pn =525 kW; n= 1500 rpm; cosφ = 0,86;

Puterea reactivă capacitivă care trebuie montată astfel încât la funcționarea motorului la sarcina nominală să avem un factor de putere neutral cosφ =0,92.

cosφ1 = 0,86; tanφ1 =0,5933; cosφ2 = 0,92; tanφ2 = 0,4259;

Qnec=Pn ( tanφ1 – tanφ2 ) =525 ( 0,5933 – 0,4259 ) =525 x 0,1674 =87,885 k VAr;

Qnec = 87,887 kVAr;

Vom monta condensator cu Un =7,2 kV în rețeaua cu Ur = 6 kV

Qn-puterea reactivă nominala a condensatorului cu Un = 7,2 kV va fi

Qn = QnecU2n /U2r = 88,887 x 1,44 kVAR = 127,99 kVAr

Qn = 128 kVAr la Un = 7,2 kV

Alegem un condensatorcu:

Qn = 150 kVAr Un = 7,2 kVAr și care la tensiunea retelei Ur = 6 kV are Qr =104,16 kVAr

Acest condensator va face o compensare a factorului de putere la funcționarea motorului la

sarcina nominală astfel;

tanφ = ( Pn tanφ -104 16 ) /Pn = ( 525 x 0,5933 – 104,16 ) /525 =207,32 /525 = 0,3949;

tanφ = 0,3949 rezulta cosφ = 0,93;

1.Materiale necesare pentru compensarea unui motor:

Total materiale = 5250 Ron

Manoperă 5250 x 0,3 =1575 Ron

TOTAL = 6850 Ron

Puterea reactivă inductivă absorbită de motor necompensat care se facturează este:

Q =Pn( tanφ-0,4259)=525 ( 0,5933 -0,4259) =525 x 0,1674 kVAr =87,88 kVAr;

Pentru funcționarea cu 12 ore pe zi timp de 30 zile energia reactivă inductivă care se facturează este:

Er =87,88 x 12 x 30 kVARh =31366 kVArh;

Preț energie reactivă 0,0658 Ron /kVArh;

V =31366 x 0,0658Ron = 2063 Ron ;

Investiția se amortizează în 6850 /2063 =3,32 luni

Investiția se amortizează în 4 luni de funcționare cu 12 ore pe zi

2.3.2.Statie pompare SPRA OSTROV

Această stație este prevazută cu 3 motoare electrice asincrone cu următoarele caracteristici:

Pn = 450 kVAr ; n = 1500 rpm; cos φ= 0,86;

Puterea reactivă capacitivă care trebuie montată astfel încât la funcționarea motorului la sarcina nominală să avem un factor de putere neutral cosφ = 0,92

cosφ1 = 0,86; tanφ1 = 0,5933; cosφ2 = 0,92; tanφ2 = 0,4259;

Qnec = Pn ( tanφ1 – tanφ2 ) = 450 (0,5933 – 0,4259 ) = 450 x 0,1674 kVAr = 75,33 kVAr;

Vom monta condensator cu Un =7,2 kV în rețea cu Ur = 6 kV.

Qn- puterea reactivă nominală a condensatorului va fi:

Qn = 75,33 x 1,44 kVAr =108,47 kVAr

Qn = 109 kVAr la Un = 7,2 kVAr

Alegem un condensator cu:

Qn =125 kVAr Un =7,2 k V și care are la Ur =6 KV Qr = 125 /1,44 kVAr = 86,80 kVAr

Acest condensator va face o compensare a factorului de putere la funcționarea motorului la sarcină nominală astfel:

tanφ = ( Pn tanφ1 -86,80 ) /450 = (450 x 0,5933 – 86,80 )/450 =180,18 / 450 =0,40;

tanφ =0,40 rezultă cosφ =0.9283;

Materiale necesare pentru compensarea unui motor

Total materiale = 5095 Ron

Manoperă 5095 x 0,3 =1528 Ron

TOTAL =6623 Ron

Puterea reactivă inductivă absorbită de motorul necompensat care se facturează este:

Q = Pn ( tanφ – 0,42590 ) kVAr =450 x 0,1674 kVAr =75,33 kVAr

Pentru o funcționare cu 12 ore pe zi timp de 30 zile energia reactivă inductivă care se facturează este:

Er =75,33 kVar x 12 x 30 h =27118 kVArh preț 0,0658 ron kVARh

Valoare =27118 x 0,0658 ron =1784 Ron

Investiția se amortizează în 6623 /1784 =3,7 luni

Investiția se amortizează în 4 luni de funcționare cu 12 ore pe zi

2.4.Compensare factor de putere pentru macara descărcare barje DELTANAV-TULCEA

Motoarele folosite pentru macaraua de descărcat materiale din barje sunt în număr de 2 bucăți și au următoarele caracteristici:

Pn = 132 kW; buc = 2 ; n= 750 rpm; cosφ =0,73;tanφ = 0,9362

Calculul bateriei de condensatori necesari pentru a face compensarea factorului de putere de la cos φ = 0,73 la cos φ = 0,97 .

Pn =132 kW; cos φ1 = 0,73; tanφ1 =0,9362; cos φ2 = 0,92; tanφ2 =0,4259;

Qc =Pn ( tanφ1 – tanφ2 ) = 132 ( 0,9362 – 0,4259 ) =132 x 0,51 kVAr =67,32 kVAr

Montăm 4 condensatori cu Qn = 20 kVAr Un =400 V care produc Q =80 kVAr la Un =400 V

Puterea reactiveă Q =80 kVAr asigură un factor de putere astfel:

tanφ = ( Pn tanφ1 – 80 ) / Pn = (132 x 0,9362 – 80 ) /132 = (123,57 – 80 ) /132

tanφ = 43,57 /132 =0,33 căruia îi corespunde un factor de putere cos φ =0,9495

Vom monta 4 condensatoare cu Qn = 20 kVAr si Un = 400 V pe fiecare motor.

Bateria de condensatori formată din cei patru condensatori o vom conecta astfel:

Atunci când se dă una din comenzi de ridicare sau coborâre, sarcina cuplează mai întai o traptă a bateriei de 2 condensatori și la 0,3 secunde cuplază și cealaltă treaptă de 2 condensatori.

Ciclul de funcționare al instalației de ridicat este 30 secunde coboară cupa macaralei care ia materialul din barjă, ridică 30 secunde , deschide cupa și lasă materialul, apoi coboară cupa 30 secunde pentru încarcare.

După fiecare operație ridicare sau coborâre trebuie să descărcăm condensatorii ca să îi avem descărcați pentru următoarea operație de ridicare sau de coborâre.

Calculul rezistenței de descărcare:

Qn =3ω U²n;

Qn –puterea reativă a treptei în Var;

Un-tensiunea nominală a condensatorilor;

C – capacitatea treptei în Farazi F;

C =Qn / 3 ω Un² =40 000 / 3 x 2 x3,14 x 50 x 400 x 400 =40000/150796447 =265,25 MF

C = 265,25 μ F

Calculul rezistenței de descărcare:

Rd = Td / C ln ( Un1,42/Ua )

Td –timpul de descărcare -2 secunde;

C-capacitatea treptei în Farazi;

Un –tensiunea nominală a condensatorului;

Ua- tensiunea la bornele condensatorului după timpul de descărcare 2 secunde =5 V;

Rd =2 x 1000000 / x 265,25 ln ( 400 x 1.42 / 5 ) =1594,76Ω

Rd =1000 Ω

Rezistența de descărcare de 1000 Ω asigură descărcarea treptei pâna la valoarea Ua = 5 V

în timpul de 1,25 secunde:

Td =Rd C ln ( 400×1,42 / 5 V ) = 1,25 sec

Materiale necesare pentru compensarea a două motoare ale macaralei:

Valoare materiale = 6152 Ron . Manoperă 40 % = 2460,8 Ron

Valoare totală = 8612,8 Ron

Cheltuieli cu energia reactivă inductive factor de încărcare 80 %,12 ore pe zi 25 zile/luna:

Erl=2Pn (tanφ1 – tanφ2 )kVAr x 0,8 x 12 h / zi x 25 zile =32332,60 kVArh

Prețul energiei reactive inductive este de 0,0658 ron / kVArh

Cheltieli /luna =32332,6 kVArh x 0,0658 ron/kVArh = 2127 48 ron /luna

Investiția se recuperează în 8612,8/2127,48 =4,04 luni

Investiția se amortizează în 4 luni lucrând 25 zile /luna cu 12 ore /zi

Funcționarea schemei de comandă

În momentul conectări tensiunii de comandă contacții Cr 5-7 si Cc 5-7 sunt închiși și acționează bobina contactorului de comandă în circuitul nr.2.

Contactorul C1 închide contactul C1 13 -14 în circuitul nr.3 și face autoreținerea

Contactoarelor C1 si C 2 TIMP DE 2 secunde.

Contactorul C 2 introduce în paralel pe condensator rezistențele de descărcare timp de 2 secunde

Timpul de descărcare este reglat pe modulul de timp LADT 2 montat pe contactorul C1

După trecerea acestui timp modulul de timp deschide contactul C 2 67-67 în circuitul 3

La comanda de ridicare se închide contactul Cr 2- 4 în circuitul nr.4 și se deschide

contactul Cr 5-7 in circuitul nr. 2

Pe perioada timpului de descărcare de 2 secunde contactul C1 21 – 22 în circuitul nr.3

Este ținut deschis și ține neacționat contactorul C3 din circuitul nr .3

La una din comenzile de ridicare sau coborâre se acționează contactorul C3 în circuitul nr.3

și acesta comandă prima treapta de condensatori prin contactul C3 43 – 44 acționind

contactorul K1.

După 0,3 secunde modulul de timp montat pe contactorul C3 închide contactul C3 66-67

în circuitul nr.7 și acționează contactorul K 2 care conectează treapta a 2 –a de compensare. Timpul de descărcare este asigurat de modulul de timp montat pe contactorul C1 și se reglează la 2 secunde.

Timpul de cuplare a treptei a 2-a se reglează de pe modulul de timp montat pe contactorul C3 și se regleaza la 0,3 secunde.

Contactul C1 21-22 din circuitul nr.3 asigură interblocajul în sensul că după o comandă de ridicare sau coborâre la revenirea comenzii în zero C1 se acționează și stă acționat 2 secunde, și chiar dacă în acest timp se dă o comandă de ridicare sau coborâre, circuitul contactorului C3 care comandă treptele este deschis de contactul C1 21-22 și timp de 2 secunde stă deschis asigurând sigur timpul de descărcare al condensatoarelor.

2.5.Compensarea puterii reactive a transformatoarelor

În acest caz dacă compensarea puterii reactive absorbite de consumator se face local sau centralizat puterea reactivă a transformatorului trebuie făcută separat deoarece reductorul de curent care măsoară curentul absorbit de consumator nu poate sesiza curentul inductiv al transformatorului.

Pentru consumatorii care au măsura pe medie tensiune și compensarea se face pe joasă tensiune, compensarea puterii reactive a transformatorului se face la tensiunea joasă a transformatorului.

Pierderile de putere și energie reactivă în transformator- Qt

Qt = Qo + Qs = Qo + α²Qk :

Ert =T Qo + τ Qk unde:

Qt –puterea reactivă inductivă totală a transformatorului;

Qo-puterea reactivă a transformatorului la funcționarea în gol;

Qk-puterea reactivă a transformatorului la funcționarea la curent nominal In ;

Ert-enrgia reactivă absorbită de transformator într-o perioadă de timp T;

τ-timpul pierderilor maxime corespunzător duratei de utilizare a puterii maxime;

Vom calcula și vom alege condensatori pentru compensarea puterii reactive de mers în gol a transformatoarelor de putere Pn =1600 kVA,1000 kVA,630 kVA,400 kVA

Qc-puterea reactivă necesară pentru a compensa puterea reactivă în gol a transformatorului;

Unc-tensiunea nominală a condensatorului;

Ur-tensiunea nominal[ a rețelei de joasă tensiune unde se montează condensatorul;

Qnc-puterea nominală reactivă a condensatorului la tensiunea Unc;

Qrc-puterea reactivă a condensatorului la tensiunea rețelei Ur;

Sn-puterea aparentă nominală a transformatorului;

Io%-curentul de mers în gol al transformatorului în procente din curentul nominal In;

Condensatorul care se montează va fi conectat tot timpul.

Condensatorul este prevazut din fabrică cu rezistențe de descărcare ca după deconectarea de la rețea să asigure scăderea tensiunii la bornele condensatorului la valoarea Uc = 50 V, după trecerea timpului de 1 minut de la deconectare, pentru protecția personalului și descărcarea sarcinii capacitive înainte de reconectarea la rețea. Totdeauna după deconectarea unui condensator de la rețea înainte de a fi reconectat la rețea condensatorul trebuie descărcat de sarcină pe rezistențe de descărcare.

CAPITOLUL III

PROTECȚIA MUNCII ȘI MEDIULUI AMBIANT

3.1 Securitatea electrică la exploatarea bateriilor de condensatoare

Securitatea activității vitale este un sistem de acte legislative, activități și mijloace social-economice, organizatorice, tehnice, igienice și curativ-profilactice, ce asigură securitatea, menținerea sănătății și capacității de muncă ale omului în procesul muncii.

Sistemul standardelor de securitate a muncii propune o terminologie unică și definirea noțiunilor de bază în domeniul securității muncii și stabilește folosirea lor obligatorie în documentele de tot genul, concretizând totodată și normele generale de securitate pentru toate tipurile de întreprinderi și pentru toate echipamentele ce se includ în ele.

Gravitatea electrocutării depinde în mare măsură de modul de atingere și tipul rețelei. Atingerea directă a unor elemente care fac parte din circuitele curenților de lucru poate fi uneori periculoasă, chiar dacă rețeaua în momentul atingerii este scoasă din funcțiune, fiind deconectată prin întrerupătoare și separatoare. Pericolul se poate datora capacității rețelei, deoarece, după scoaterea de sub tensiune, rețeaua rămâne încărcată cu sarcini electrice capacitive, sau se poate datora unor tensiuni induse, produse de influența electrostaticii sau electromagnetice ale altor linii de transport de energie electrică aflate în apropiere.

În cazul unei încărcări cu sarcini electrice datorită capacității rețelei (rămasă după scoaterea de sub tensiune), în momentul atingerii de către om a unei porțiuni neizolate a rețelei, are loc o descărcare prin corpul acestuia. Valoarea curentului care trece prin om depinde în acest caz de tensiunea rețelei, de capacitatea rețelei, rezistența corpului și de timpul de descărcare. În acest caz, timpul are un rol mai favorabil, deoarece valoarea curentului scade în timp. Dintre rețelele cu tensiuni de lucru sub 1000V, cele de cablu prezintă capacități care trebuie luate în considerație în ceea ce privește pericolul de electrocutare datorat descărcărilor de sarcini electrice. Rețelele aeriene de joasă tensiune (sub 1000V) au, în general, capacități mici. Totuși și în cazul acestora trebuie luate măsuri de descărcare a tensiunii remanente după deconectare. Rețelele peste 1000V, atât cele de cablu cît și cele aeriene sau aparate sunt periculoase, deoarece sarcinile electrice datorită capacității au valori mari. Deci, la deconectarea condensatoarelor de la rețea, ele se pot afla sub tensiune de la zero până la 2Um, unde Um – valoarea amplitudinală a tensiunii și se poate determina din relația:

unde Unom – tensiunea nominală a rețelei.

Dacă un om este izolat față de pământ și atinge două conductoare ale unei rețele întrerupte, însă rămasă sub tensiune datorită capacității, curentul care se închide prin om se va determina în funcție de timpul care s-a scurs din momentul atingerii (proces tranzitoriu):

unde: C12 – capacitatea între cele două conductoare atinse;

t – timpul care s-a scurs din momentul atingerii;

– valoarea maximă a curentului în momentul atingerii (t=0).

În cazul în care omul fiind neizolat de pământ atinge un singur conductor al rețelei, curentul care trece prin el se determină cu relația:

unde: C11 este capacitatea față de pământ a unui conductor;

C12 – capacitatea dintre conductoare.

Din cele menționate mai sus, reiese că înainte de a lucra la elementele conductoare de curent, nu este suficientă numai scoatere acestora de sub tensiune, ci este necesară și aplicarea dispozitivelor de scurcircuitare și legare la pământ care sunt destinate să descarce rețeaua de sarcinile electrice remanente. Trebuie de menționat că folosirea garniturii de scurcircuitare și legare la pământ are rol deosebit de important și în prevenirea apariției accidentale a tensiunii la locul de muncă, fie datorită unor manevre greșite, fie unor influențe electrostatice sau electromagnetice.

Instalațiile cu condensatoare sunt utilizate pentru creșterea nivelului de compensare a puterii reactive și reglării tensiunii în instalațiile electrice cu tensiunea de la 0.22 kV până la 10 kV inclusiv, la frecvența 50 Hz, și sunt cuplate cu elementele paralel inductive ale instalațiilor electrice pentru consumatori.

Instalație cu condensatoare se numește instalația electrică, care este compusă din condensatoare, respectiv și echipamentul electric ajutător (întrerupătoare, separatoare, descărcătoare, dispozitive de reglare, protecție ș.a.m.d.). În componența instalației cu condensatoare intră una sau câteva baterii de condensatoare sau din unul sau mai multe condensatoare unice instalate separat, conectate la rețea prin aparatele de comutație.

Baterii de condensatoare se numește un grup de condensatoare unitare, cuplate electric între ele.

Instalație cu condensatoare, protecția lor și amplasarea trebuie să corespundă cerințelor NAIE (Normele de Amenajare a Instalațiilor Electrice). Se acceptă utilizarea îmbinărilor aparatajului de pornire a bateriilor de condensatoare, ce nu au regulatoare automate de putere, cu aparatajul de pornire a altor agregate, adică să se realizeze compensarea individuală a puterii reactive.

În încăperi cu baterii de condensatoare (independent de amplasarea lor) trebuie să fie prezentă:

schema principială monofilară a instalației cu condensatoare cu indicarea curentului nominal al siguranțelor fuzibile, ce protejează condensatoarele separate, o parte sau toată instalația cu condensatoare, și de asemenea trebuie să fie indicat valoarea curentului releului maximal de curent în caz de folosire a releului de protecție;

termometru sau alt aparat pentru măsurarea temperaturii mediului înconjurător:

tijă specială pentru controlul descărcării condensatoarelor;

mijloace antiincendiare – stingător, ladă cu nisip și făraș.

Termometrul sau traductorul său se instalează în locul cel mai fierbinte al bateriei între condensatoare la mijloc, în așa mod, ca să fie asigurată posibilitatea de a urmări indicațiile sale fără deconectarea condensatoarelor și îndepărtarea barierelor.

În pașaportul bateriei de condensatoare trebuie să fie inclusă lista condensatoarelor cu numărul de ordine indicat, numărului de la uzină, data instalării, tensiunea nominală, puterea și capacitatea fiecărui condensator în corespundere cu cele indicate pe panoul uzinei producătoare, și bateriei de condensatoare în întregime.

Pentru bateriile de condensatoare cu puterea mai mare de 200 kVar instalarea dispozitivelor de reglare automată a puterii condensatoarelor este strict necesară. Vremelnic, înaintea instalării dispozitivelor de reglare automată a puterii instalației cu condensatoare, se admite reglarea manuală a puterii prin conectarea și deconectarea bateriilor de condensatoare, sau secției ei de către personalul de serviciu după grafic, care este la întreprinderea dată și acceptat de organizația de alimentare cu energie electrică. Toate operațiunile ce țin de conectarea și deconectarea bateriilor de condensatoare se realizează în corespundere cu cerințele impuse de „Normele tehnicii de securitate la exploatarea instalațiilor electrice a consumatorilor”. Conectarea bateriei de condensatoare este interzisă în timpul, când tensiunea pe barele colectoare întrece valoarea maximală admisibilă a condensatorului dat.

Înainte de deconectarea instalației cu condensatoare este necesar de efectuat un control vizual și de convins în disponibilitatea dispozitivului de descărcare.

Controlul descărcării condensatoarelor se realizează cu o bară metalică de descărcare, care trebuie să fie cu siguranță fixată la tija izolantă. Mărimea acestei bare, trebuie să fie aceiași ca mărimea tijei izolante, pentru comutările operative în instalațiile de aceiași tensiune ca și la instalația cu condensatoare.

La reparația curentă a instalațiilor cu condensatoare se realizează:

controlul nivelului de strângere a piulițelor în conexiunile de contact;

controlul vizual al calității cuplării brașamentului la conturul de legare la pământ;

măsurarea capacității fiecărui condensator (pentru condensatoarele cu tensiunea mai mare de 1000 V);

curățirea de praf și alte murdării a suprafețelor izolatoarelor, corpurilor condensatoarelor, aparatajului și carcasei;

înlocuirea secțiilor nereparabile a bateriilor de condensatoare sau condensatoarelor separate.

Capacitatea elementelor separate ale instalațiilor cu condensatoare nu trebuie să întreacă valorile incluse în Norme. Rezultatele măsurărilor capacității condensatoarelor trebuie de prezentat sub formă de protocol.

La creșterea capacității până la valorile indicare în tabelul 1sau mai mari, condensatorul trebuie de deconectat cu înlocuitorul său.

Posibilitatea utilizării condensatoarelor la tensiunea 1050 V și mai mică, puterea cărora s-a micșorat în rezultatul arderii complete a siguranțelor fuzibile, se determină după instrucțiunile locale, luând în considerație indicațiile tehnice.

Tabelul 1 Capacitatea condensatorului

3.2Cerințele standardelor de stat ale condensatoarelor

Standardul real se extinde pe:

instalații cu condensatoare:

condensatoare de putere, realizate pentru asigurarea legăturii de frecvență înaltă pe liniile de transport a energiei electrice, pentru divizoare de tensiune și alegerea puterii, pentru compensarea îndelungată, pentru mărirea coeficientului de putere, de impulsuri, de filtru;

condensatoare de putere și baterii de condensatoare pentru instalațiile electrotermice.

Standardul nu se extinde pe condensatoare, care sunt utilizate în aparatajul electronic. Standardul stabilește cerințele de securitate în construcția condensatoarelor de putere și instalațiilor cu condensatoare.

Condiții generale:

Condensatoarele de putere și instalațiile de condensatoare trebuie să corespundă cerințelor standardului de stat și GOST 12.2.007.0 – 75, GOST 12.2.007.5 – 75.

Condensatoarele trebuie să fie ermetice.

Condensatoarele cu carcasă din metal cu bornele de ieșire izolate de carcasă, trebuie să aibă pe carcasă un bulon de legare la pământ.

Condensatoarele cu carcasă din metal, una din bornele cărora este cuplată cu carcasă, trebuie să aibă pe corp semnul de tensiune înaltă conform GOST 12.4.026 – 76 sau inscripția: „Atent! Carcasa sub tensiune”.

Condensatoarele după deconectarea lor de la rețeaua electrică trebuie să posede, independent de descărcătorul automat, un descărcător individual cu scurcircuitarea bornelor pe rezistor și, de asemenea pe carcasă și pe pământ. Valoarea rezistenței rezistorului trebuie să fie indicată în standarde sau în condițiile tehnice pe diferite tipuri de condensatoare.

Cerințele către diferite tipuri de condensatoare de putere și instalații cu condensatoare:

Condensatoare pentru mărirea coeficientului de putere și condensatoare pentru compensarea de durată.

Condensatoarele cu tensiunea până la 1050 V inclusiv, trebuie să posede siguranțe fuzibile în interiorul corpului, care vor proteja condensatoarele de străpungerea secțiilor.

Pe condensatoarele cu rezistoare de descărcare valoarea amplitudinală a tensiunii după deconectarea condensatorului trebuie să scadă până la 50 V în perioada de timp nu mai mare de:

1 min – pentru condensatoarele cu tensiunea nominală 660 V și mai mică;

5 min – pentru condensatoarele cu tensiunea nominală mai mare de 660 V.

Condensatoarele și bateriile de condensatoare pentru instalațiile electrotermice.

Condensatoarele de răcire cu apă trebuie să admit5ă presiunea apei la ieșirea sistemului de răcire

Rezistența izolației circuitului de comandă și de control a bateriilor de condensatoare trebuie să fie nu mai mică de 1 MΩ la

Carcasa bateriei de condensatoare trebuie să fie înzestrată cu o plastină pentru cuplarea conductoarelor de legare la pământ.

Bulonul de legare la pământ a fiecărui condensator care face parte din baterie, care nu se izolează în raport cu pământul, trebuie să fie cuplat printr-un conductor cu carcasa bateriei.

În bateriile de condensatoare trebuie să fie prevăzute dispozitive pentru asigurarea descărcării condensatoarelor până la tensiune de 50 V în perioada de timp nu mai mult de 1 min după deconectarea lor.

3.3 Schemele de conexiune a bateriilor de condensatoare

Bateriile de condensatoare la tensiunea mai mare de 10 kV sunt alcătuite din condensatoare monofazate conectate paralel în consecutivitate. Numărul rândurilor consecutive de condensatoare se alege în așa mod, ca în regimurile normale de funcționare sarcina de curent pe condensatoare să nu întreacă valoarea nominală. Numărul de condensatoare în rând trebuie să fie ales în așa mod, ca la deconectarea uneia din ele din cauza arderii siguranței fuzibile, tensiunea pe condensatoarele rămase în rând să nu depășească 110% din cea nominală.

Bateriile de condensatoare la tensiunea 10 kV și mai mică trebuie să fie alcătuită, de regulă, din condensatoare cu tensiunea nominală egală cu tensiunea nominală a rețelei. În plus, se permite funcționarea îndelungată a condensatoarelor unite cu tensiunea nu mai mare de 110% decât cea nominală.

În bateriile trifazate, condensatoarele monofazate se conectează în triunghi sau în stea. La conectarea bateriilor de condensatoare în triunghi puterea reactivă va fi:

unde: U – tensiunea nominală, kV;

– valoarea frecvenței, Hz;

C – capacitatea condensatorului.

La conectarea bateriilor de condensatoare în stea vom obține:

La alegerea întrerupătorului bateriei de condensatoare trebuie de luat în considerație prezența bateriilor de condensatore conectate în paralel. La necesitate trebuie să fie construite instalațiile, care asigură scăderea saltului de curent în momentul conectării bateriei.

Condensatoarele trebuie să posede dispozitive de descărcare. Condensatoarele unitare pentru bateriile de condensatoare se recomandă de utilizat cu rezistențe de descărcare. Se admite instalarea condensatoarelor fără rezistoare încorporate cu dispozitiv de descărcare, dacă la bornele condensatorului unitar sau în rândul consecutiv de condensatoare permanent va fi conectat dispozitivul de descărcare. Dispozitivele de descărcare pot să nu fie instalate pe barele până la 1 kV, dacă ele sunt conectate la rețea prin transformator și între baterie și transformator lipsesc aparatele de comutație.

În calitate de dispozitive de descărcare pot fi utilizate:

transformatoare de tensiune sau dispozitive cu rezistență inductiv-activă – pentru instalațiile cu condensatoare cu tensiunea mai mare de 1 kV.

dispozitive cu rezistență activă sau inductiv-activă – pentru instalațiile cu condensatoare cu tensiunea până la 1 kV.

Fig. 3. Schemele de conexiune a bateriilor de condensatoare la barele de joasă tensiune – 0,4 kV

Fig. 4. Schemele de conexiune a bateriilor de condensatoare la barele de înaltă tensiune

3.4Calculul rezistențelor de descărcare a condensatoarelor până la tensiunea minimală 50 V

După cum s-a menționat mai sus bateriile de condensatoare se descarcă cu ajutorul rezistențelor de descărcare. Necesitatea de a descărca condensatoarele deconectate la rețea are două scopuri:

evitarea apariției unui accident de electrocutare a personalului;

pentru limitarea curenților de salt la conectarea condensatorului ne descărcat.

De determinat rezistența de descărcare necesară pentru descărcarea condensatorului până la tensiunea admisibilă nominală

Condiții inițiale:

tensiunea pe condensator

capacitatea condensatorului

timpul admisibil de descărcare

Cunoscând formula pentru tensiune,obținem:

unde: tensiunea admisibilă nominală pe condensator;

tensiunea pe condensator până la descărcare;

mărimea rezistenței de descărcare.

Scriem relația de mai sus în următoarea formă:

Logaritmând egalitatea corespunzătoare obținem:

În așa mod, mărimea rezistenței de descărcare obținută din relațiile anterioare se poate scrie:

Înlocuim în relație datele inițiale și vom avea:

Capitolul 4

Concluzii

Pentru compensarea factorului de putere fie că se face o compensare locală fie că se face o compensare cu regulator automat și baterie condensatoare, se procedează în felul următor:

se montează un reductor de curent care se conectează la un regulator de compensare cu factor de putere și se pornesc consumatorii pe rând;

se resetează regulatorul de factor de putere la o valoare dorită de exemplu cosφ=0,94 și se urmărește pe regulator factorul de putere al instalației (al consumatorului);

Regulatorul afișează cosφ existent și necesarul de reactiv care trebuie injectat pentru a ajuge la factorul de putere setat.

Pentru compensarea locală se montează condensatori de valoarea cerută de regulator iar pentru compensarea cu baterie de condensatoare și regulator, se aleg treptele de condensare cerute de regulator.

La tipul de regulator de factor de putere SHRACK BLX se afișează și factorul de distorsiuni armonice total și valoarea armonicilor impare (3/5/7/9/11/13/15);

Ȋn urma acestor măsurători se stabilește tipul de compensare local sau global și echipamentul necesar pentru compensare.

Se face un calcul de cost al investiției și se compară cu costul energiei reactive plătite și se vede în cât timp se amortizează investiția.

La compensarea locală, investiția se amortizează în aproximativ 2-4 luni, iar la compensarea cu baterii de condensatori și regulator automat investiția se amortizează în aproximativ 1 an.

Atunci când se face compensarea locală la motoare de 6kV, se măsoară obligatoriu factorul de distorsiuni armonice la transformatorul de tensiune care este pus pe măsura de 6kV.

BIBLIOGRAFIE

Ивакин B. H., Cыcoeва H. Г., Xyдякoв B. B., Элeктpoпepeдачи и вcтавки пocтoяннoгo тoка и cтатичecкиe тиpиcтopныe кoмпeнcатopы, Mocква, Энepгoатoмиздат, 1993.

Кoчкин B. И., Heчаeв O. П., Пpимeнeниe cтатичecкиx кoмпeнcатopoв peактивнoй мoщнocти в элeктpичecкиx ceтяx энepгocиcтeм и пpeдпpиятий, Mocква, "Издатeльcтвo HЦ ЭHAC", 2002.

Apиoн B. Д., Cтанчy Ф. П., Кoмпeнcация peактивнoй мoщнocти в cиcтeмаx элeктpocнабжeния, Кишинeв, 1983.

Жeлeзкo Ю. C., Кoмпeнcация peактивнoй мoщнocти и пoвышeниe качecтва элeктpoэнepгии, Mocква, Энepгoатoмиздат, 1985.

Beникoв B. A., Жyкoв Л. A., Каpташoв И. И. и дp., Cтатичecкиe иcтoчники peактивнoй мoщнocти в элeктpичecкиx ceтяx, Mocква, Энepгия, 1975.

Жeлeзкo Ю. C., Coвepшeнcтвoваниe таpифoв на элeктpoэнepгию в чаcти cкидoк и надбавoк за кoмпeнcацию peактивнoй мoщнocти и качecтва элeктpoэнepгии, Пpoмышлeнная энepгeтика, 1998, N-7.

Кoчкин B. И., Бeзyглый C. Л., Oбязyeв A. П. и дp., Hoвыe pазpабoтки тиpиcтopныx кoмпeнcатopoв для элeктpичecкиx ceтeй, Энepгeтик, 1991, N-10.

Beникoв B. A., Каpташoв И. И., Фeдчeнкo B. Г., Пpимeнeниe cтатичecкиx иcтoчникoв peактивнoй мoщнocти в энepгeтичecкиx cиcтeмаx – Изв. Cep. Энepгeтика и тpанcпopт, 1980, N-3.

Кoчкин B. И., Зpажeвcкая З. C., Кpавцoва И. A., Ocoбeннocти пpимeнeния тиpиcтopныx вeнтилeй в cтатичecкиx кoмпeнcатopаx, Элeктpoтexника, 1984, N-7.

Кoчкин B. И., Oбязyeв A. П., Фoкин B. К., Cтатичecкиe тиpиcтopныe кoмпeнcатopы для элeктpичecкиx ceтeй выcoкoгo и cвepxвыcoкoгo напpяжeния, Элeктpичecкиe cтанции, 1993, N-11.

Бepкoвич E.И., Peактивная мoщнocть как инфopмациoннoe пoнятиe, Элeктpичecтвo, 1996, N-2.

Пpиxoдькo B. M., Кpавчeнкo B. И., Пpиxoдькo A. M., Пepeнocный yнивepcальный тиpиcтopный пpeoбpазoватeль c пepecтpаиваeмoй cтpyктypoй, Пpoмышлeнная энepгeтика, 1999, N-4.

Mаcлoв A. A., Heчаeв O. П. и дp., Cтатичecкиe кoмпeнcиpyющиe ycтpoйcтва для пpoмышлeнныx пpeдпpиятий, Элeктpичecкиe cтанции, 2000, N-3.

Lachs W. R. et al., Power system control in the next century, IEEE Transmission on Power Systems. – 1996.11, N-11.

Schader C., Stacey E. and oth., Development of ±100 Mvar Static Condenser for Voltage control of Transmission on power Delivery. V10, 1998, N-3.

BIBLIOGRAFIE

Ивакин B. H., Cыcoeва H. Г., Xyдякoв B. B., Элeктpoпepeдачи и вcтавки пocтoяннoгo тoка и cтатичecкиe тиpиcтopныe кoмпeнcатopы, Mocква, Энepгoатoмиздат, 1993.

Кoчкин B. И., Heчаeв O. П., Пpимeнeниe cтатичecкиx кoмпeнcатopoв peактивнoй мoщнocти в элeктpичecкиx ceтяx энepгocиcтeм и пpeдпpиятий, Mocква, "Издатeльcтвo HЦ ЭHAC", 2002.

Apиoн B. Д., Cтанчy Ф. П., Кoмпeнcация peактивнoй мoщнocти в cиcтeмаx элeктpocнабжeния, Кишинeв, 1983.

Жeлeзкo Ю. C., Кoмпeнcация peактивнoй мoщнocти и пoвышeниe качecтва элeктpoэнepгии, Mocква, Энepгoатoмиздат, 1985.

Beникoв B. A., Жyкoв Л. A., Каpташoв И. И. и дp., Cтатичecкиe иcтoчники peактивнoй мoщнocти в элeктpичecкиx ceтяx, Mocква, Энepгия, 1975.

Жeлeзкo Ю. C., Coвepшeнcтвoваниe таpифoв на элeктpoэнepгию в чаcти cкидoк и надбавoк за кoмпeнcацию peактивнoй мoщнocти и качecтва элeктpoэнepгии, Пpoмышлeнная энepгeтика, 1998, N-7.

Кoчкин B. И., Бeзyглый C. Л., Oбязyeв A. П. и дp., Hoвыe pазpабoтки тиpиcтopныx кoмпeнcатopoв для элeктpичecкиx ceтeй, Энepгeтик, 1991, N-10.

Beникoв B. A., Каpташoв И. И., Фeдчeнкo B. Г., Пpимeнeниe cтатичecкиx иcтoчникoв peактивнoй мoщнocти в энepгeтичecкиx cиcтeмаx – Изв. Cep. Энepгeтика и тpанcпopт, 1980, N-3.

Кoчкин B. И., Зpажeвcкая З. C., Кpавцoва И. A., Ocoбeннocти пpимeнeния тиpиcтopныx вeнтилeй в cтатичecкиx кoмпeнcатopаx, Элeктpoтexника, 1984, N-7.

Кoчкин B. И., Oбязyeв A. П., Фoкин B. К., Cтатичecкиe тиpиcтopныe кoмпeнcатopы для элeктpичecкиx ceтeй выcoкoгo и cвepxвыcoкoгo напpяжeния, Элeктpичecкиe cтанции, 1993, N-11.

Бepкoвич E.И., Peактивная мoщнocть как инфopмациoннoe пoнятиe, Элeктpичecтвo, 1996, N-2.

Пpиxoдькo B. M., Кpавчeнкo B. И., Пpиxoдькo A. M., Пepeнocный yнивepcальный тиpиcтopный пpeoбpазoватeль c пepecтpаиваeмoй cтpyктypoй, Пpoмышлeнная энepгeтика, 1999, N-4.

Mаcлoв A. A., Heчаeв O. П. и дp., Cтатичecкиe кoмпeнcиpyющиe ycтpoйcтва для пpoмышлeнныx пpeдпpиятий, Элeктpичecкиe cтанции, 2000, N-3.

Lachs W. R. et al., Power system control in the next century, IEEE Transmission on Power Systems. – 1996.11, N-11.

Schader C., Stacey E. and oth., Development of ±100 Mvar Static Condenser for Voltage control of Transmission on power Delivery. V10, 1998, N-3.