Lucrare de licen ță [604708]

1
Universitatea Politehnica din București
Facultatea de Inginerie Electrică

Lucrare de licen ță

Probleme de compatibilitate
electromagnet ică la compensarea energiei
reactive

Îndrumător științific: Absolvent: [anonimizat]. Claudia POPESCU Ioana – Alice BĂNICĂ

București
2020

2
Contents
1. Energia reactiva ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 4
1.1. Echipamentul ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 4
1.1.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 4
1.1.2. Prezentarea echipamentului ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 5
1.1.3. Utilizare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 8
2. Compensarea energiei reactive ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 9
2.1. Tipuri de energie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 10
2.1.1. Puterea activă, reactivă și aparentă ………………………….. ………………………….. ……………….. 10
2.1.2. Factorul de putere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 11
2.1.3. Îmbunătățirea factorului de putere ………………………….. ………………………….. …………………….. 15
2.1.4. Rezultatele îmbunătățirii factorului de putere ………………………….. ………………………….. ……… 19
2.2. Scop ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 20
2.3. Alegerea tipului de compensare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 21
2.3.1. Locatia ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 22
2.3.2. Tipul de compensare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 22
2.4. Prezența armonicilor la compensarea energiei reactive ………………………….. ………………………….. . 23
2.5. Termeni folosiți pentru dispozitivele de compensare ………………………….. ………………………….. ….. 23
3. Regimul tranzitoriu și perturbările ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 24
3.1. Condiții de comutare tranzitorie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 24
3.1.1. Cazul unei baterii normale (fixe) ………………………….. ………………………….. …………………………. 25
3.1.2. Cazul unei baterii reîncărcabile (automate) ………………………….. ………………………….. ………….. 26
3.2. Rezonanța ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 27
3.3. Supraîncărcarea cu armonici ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 28
3.3.1. Caz general ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 28
3.3.2. Supraîncărcarea filtrelor armonice ………………………….. ………………………….. ……………………… 29
4. Regimul tran zitoriu și perturbările ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 29
4.1. Curentul de comutare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 29
4.2. Rezistența termică a echipamentului (dispozitive de rupere și cabluri) ………………………….. ………. 30
4.3. Alegerea și calibrarea dispozitivelor de protective pentru bateria condensatorului …………………. 30
5. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 32
6. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 32

3
Motivarea temei

4
1. Energia reactiva

1.1. Echipamentul

1.1.1. Introducere

Orice mașină sau dispozitiv inductiv (adică electromagnetic) care este a limentat în curent
alternativ transformă energia electrică primită de la sistemul de alimentare în lucru mecanic îi
căldură. Această energie este mă șurată cu contorul de energie activă (în kwh) și este denumită
energie activă.
În scopul realizării aceste i conversii se produc câmpuri magnetice în mașini și aceste
câmpuri sunt asociate cu o altă formă de energie preluată din sistemul de alimentare, numită
energie reactivă. Această se datorează faptului că dispozitivul inductiv absoarbe ciclic energie de
la sistemul de alimentare (în timpul creării câmpului magnetic) și reinjectează această energie
în sistem (în timpul anulării câ mpului magnetic) de două ori în fiecare perioadă a curentului
alternativ de alimentare. [1].
Energia produsă este măsurată cu con trolul de energie activă (în kWh) și este denumită
energie activă. Pentru a se realiza conversia este nevoie de câmpuri magnetice în mașini. Ele sunt
asociate cu o altă energie care se află în sistemul de alimentare, care se numește energie reactivă
Energia reactivă apare datorită faptului că dispozitivul inductiv absoarbe ciclic energie de
la sistemul de alimentare și reinjecteaz ă această energie în sistem de două ori în fiecare perioada a
curentului alternativ de alimentare.
Rotor ul generatorului este încetinit pe durata unei părți a perioadei de alimentare și
accelerat pe cealaltă parte a acestuia. Acțiunea aceasta se numește cuplu pulsant și are loc doar la
alternatoarele monofazate. Aceste efect este anulat mutual în cazul alter natoarelor trifazate,
deoarece energa reactivă de alimentare în una sau două faze este egală cu energia reactivă
returnată, dacă sistemul este echilibrat.

5
Component a reactivă a curentului de sarcină nu absoarbe putere de la sistem. Aceasta
cauzează pierde ri de energie în sistemele de transport și distribuție a energiei prin încălzirea
conductor ilor.
Din cauza pierderilor mari care se produc la nivelul transportului energiei electrice și
căderilor de tensiune, trebuie redus curentul inductiv.
Creșterea tensiunii în sistemul de alimentare are loc din cauza curentului capacitiv.

1.1.2. Prezentarea echipamentului

Dispozitivele electromagnetice sau mașinile care conțîn înfășurări cuplate magnetic,
absorb curent reactiv pentru a se putea crea fluxul magn etic.
Echipamentele cele mai cunoscute care fac parte din această clasa sun t: transformatorul,
bobina de reactanță, motorul și balastul lămpilor cu descărcare.
În condiții de sarcină nominală, raportul dintre puterea reactivă și put erea activ ă ale unui
element are valori cuprinse între:
· 65 – 75 % pentru mot oare asincrone;
· 5 – 10 % pentru transformatoare.

Fig. 1: Consumatori de energie care solicită energie reactivă.

6
Echipamentul folosit pentru compensarea en ergiei reactive are rolul de a:
• măsura factorul de putere al sarcinilor lineare și non-lineare;
• implement a soluții pentru compensarea sa;
• evidenția măsura și reduce curenții de intrare care aparțin condensatorului;
• evidenția supraîncărcări ale condensatoru lui (nerezonanți) asociați armonicelor;
• implement a soluțiile asociate;
• pune în evi dență efectul lungimilor liniei asupra factorului de putere;
• crește rapid rezultatul deplasării sarcinilor în defavoarea factorului de putere (cos φ).
Există multe consecinț e asupra instalației:
– Creșterea consumului de putere;
– Supraîncărcarea întregii instalații (cabluri, transformatoare);
– Precauții luate pentru siguranță și protecție.
Echipamentul necesar pentru instalațiile folosite la compe nsarea energiei reactive conține:
– încărcătură lineară folosită pentru instalarea factorului de putere;
– un radiator;
– un sistem pentru compensarea energiei reactive realizat de capacitor și controlat
de releul radiatorului;
– Un întrerupător static folosit pent ru eliminarea curentului de intrare al
capacitorului;
– Un sistem non -linear folosit pentru evidențierea fenomenului anti -rezonanță
referitoare la circulația armonicilor în condensator;
– Un di spozitiv corectiv cu bobina inductive anti -rezonanță;
– Manual tehnic.

7

• Echipamentul folosit la compensarea energiei reactive:

Controler pentru măsurarea căldurii

Camera lămpilor cu halogen

Fig. 2: Centrul de coman dă.

O cabină cu voltaj scăzut reprezintă o instalație în care cunsumul energiei electrice variază
de-a lungul zilei atunci când aceasta este pornită și oprită la anumite sarcini.
Sarcinile alese sunt combinate pentru a obține rezistență și i ncărcări liniare și neliniare.

• Echipamentul pentru compensarea energiei reactive reprezintă o transformare a unei
instalații industrial electrice, care conține un set de sarcini representative:
– O sarcină alcătuită din 3 lămpi halogen e de 500 W controlată de variatoare;
– O sarcină inductive L20=175 mH;

8

– O bobină inductiva anti -rezonanță L30=56 mH.
Cabina este echipată cu 3 capacitoare, fiecare având valoarea de 24.8 μF.
Parametrii folosiți pentru releu:
o În manualul de instalare:

Parametrii Valori
Cos φ 0.96
Pragul de răspuns al:
– C/K
– C/K
0.06
0.06
Constanta setat ă 100/5
Limb ă Francez ă

o În manualul de configurare:
Parametrii Valori
Numarul de pași 3
Program N
Voltaj LN
Întârziere 10 s
Rotația fazelor 0 N
Tensiunea U 230 V
Pasul următor (1…12) Auto
Pasul U 400 V
Pasul Q 1 kVAR
Alarm ă (1-12) OFF

1.1.3. Utilizare

9
Echipamentul are ca scop implementarea exercițiilor corespunzătoare realității industriale.
Ramura care se ocupă cu compensarea energiei react ive este utilizată pentru a:
o măsura factorul de putere la sarcini lineare și nelineare;
o implementa soluții pentru corectarea acestuia;
o evidenția, măsura și reduce curenții de intrare care se află la pornirea condensatorului;
o evidenția supra sarcini a le condensatorului asociate cu fenomenul armonicilor;
o evidenția efectul armonicilor asupra factorului de putere.

Exercițiile ajută la:
– studiul factorului de putere;
– studiul armonicilor din condensatoare;
– implementarea de soluții accesibile. [3]

2. Compensarea energiei reactive
Mărirea ( îmbunătățire a) factorului de putere într -o instalație produce micșorarea curentului
total absorbit, permițând astfel conectarea unor noi receptori la aceeași rețea.
Îmbu nătățirea factorului de putere se poate face prin:
• măsuri organizatorice, fără a fi nevoie de investiții , factorul de putere este mărit;
• producerea puterii reactive la fața locului utilizând surse specializate de putere
reactivă. [8]
Puterea reactivă apare atunci când tensiunea și curentul nu sunt în fază. Cauzele pot fi:
• formă de undă defazeaz ă înainte de o altă formă;
• factorul de putere e ste subunitar;
• unghiul fazei nu este egal cu 0.

10
2.1. Tipuri de en ergie

Toate mașinile care folosesc curent alternativ și conțin înfășurări cuplate magnetic cum ar
fi motorul, bobina de reactanță sau transformatorul, deține două tipuri de energie: energie activă și
energie reactivă.

2.1.1. Puterea activă, reactivă și aparentă

Puterea activă (P) se mai numește și putere reală, fiind definită că energia electrică care
este consumată într -o unitate de timp, de sarcini resistive. Această este energia furnizată pentru
funcționarea unui motor, încălzirea unei case sau aprin derea unui bec.
Puterea activă nu poate fi alimentată dacă tensiunea dintr -un sistem nu este suficient de
mare. Se măsoară în W. Se poate defini ca valoarea medie a puterii instantanee pe durata unei
perioade :
𝑃=𝑈𝐼𝑐𝑜𝑠(𝜑𝑈− 𝜑𝐼)=𝑈𝐼 cos𝜑 [W]
Puterea reactivă (Q) este un termen pentru o energie imaginară, fictivă a sarcinilor
inductive cum ar fi sarcinile capacitive sau inductive. Se măsoară în kVAR. Puterea reactivă nu
este inclusă în puterea activă (reală). Această poa te fi pozi tivă sau negativă.
Puterea reactivă pozitivă (+Q) este cauzată de sarcini inductive cum ar fi motarele și
transformatoarele. Puterea reactivă negativă ( -Q) este produsă de sarcini capacitive. [2]
𝑄=𝑈𝐼𝑠𝑖𝑛𝜑 [VAr]
Puterea apar entă (S) reprezintă un indicator pentru funcționarea circuitului. Aceasta
reprezintă maximul pe care îl poate avea puterea activă când φ=0, iar pentru puterea reactivă atunci
când φ=π/2. Puterea aparentă se măsoară în VA. [5]
𝑆=𝑈𝐼 [VA]

11

Fig. 3: Triunghiul puterilor.

Consumul energiei active (kWh) provine din puterea activă “P” (kW) a sarcinilor. Aceasta
este complet transformată în putere mecanică (utilă) și căldură (pierderi).
Consumul energiei reactive (k VAR h) este folosit pentru a alimenta circuitul magnetic al
mașinii electrice. Acesta corespunde sarcinilor puterii reactive “Q” (kvar).
Energia aparentă (kVAh) reprezintă suma vectorilor celor două energii, active și reactive.
Aceasta corespunde sarcinilo r puterii aparen te “S” (kVA), adică suma puterilor “P” și “Q”.

Fig. 4: Motor electric care absoarbe de la rețea putere activă și reactivă.

2.1.2. Factorul de putere

Factorul de putere al unei sarcini este format din unul sau mai mulți consumatori. În unele
cazuri se poate ca factorul de putere să creeze întreagă instalație.
Acesta este dat de raportul dintr puterea activă “P” și puterea aparentă “S” (kW/kVA).

12
𝐹𝑃=𝑃
𝑆
Factorul de putere este subunitar, ia valori între 0 și 1.
Atunci c ând se întâmplă ca și curenți i și tensiunile să aibă forme le de undă sinusoidale,
valoarea factorului de putere va fi cos φ.
Raportul dintre puterea reactivă și puterea activă va fi tg φ.
𝑡𝑔 𝜑=𝑄
𝑃
Cu ajutorul factorului de putere, putem afla care dint re energiile activă și rea ctivă este mai
mare. Dacă valoarea acestuia este mai apropiată de 0, energia activă este mai mare decât energia
reactivă, iar pierderile de putere și de tensiune cresc, iar dacă este mai apropiată de 1, se întâmplă
contrariul. Dac ă intensitatea curentului electric crește, odată cu această va crește și încălzirea
conductoarelor ceea ce duce la nevoia de a supradimensiona instalațiile.
Pentru calculul factorului de putere, se vor calcula puterile în funcție de tipul curentului
altern ativ. Se va folosi diagram a vecoriala a puterilor din fig. 4.
Pentu puterea activă P (kW) :
– monofazat (o fază și neutru): P = V I cos φ;
– monofazat (fază și fază): P = U I cos φ;
– trifazat (trei faze sau trei faze și neutru): P = U I cos φ.
Pentru p uterea reactivă Q (kVAR):
– monofazat (o fază și neutru): Q = V I sin φ;
– monofazat (fază și fază): Q = U I sin φ;
– trifazat (trei faze sau trei faze și neutru): Q = U I sin φ.
Pentru puterea a parență S (kVA):
– monof azat (o fază și neutru): S = V I ;
– monofazat (fază și fază): S = U I ;
– trifazat (trei faze sau trei faze și neutru): S = U I.
– pentru sisteme echilibrate sau aproape echilibrate în cazul trei faze și neutru.
Unde
• V = tensiune a între fază și neutru;
• U = tensiunea între faze;

13
• I = curentul în circuit;
• φ = defazajul între V și I.

Legătura dintre cele 3 puteri se poate scrie cu ajutorul formulei S2=P2+Q2.

Fig. 4 : Diagrama de puter i.
Diagrama vectorială a puterii este compusă d intr-un artificiu derivat din diagramele
tensiunilor și curenților după cum urmează:
– faza de referință are tensiunea (V) pe axa orizontală, iar curentul (I) se află față de tensiune
la un unghi φ indiferent de sarcină;
– tensiunile sistemului reprezintă mărimile de referință, iar atunci c ând sarcina este
echilibrată și sistemul trifazic, din cauza simetriei care are loc, se va face referire doar la o singură
fază;
– componenta curentului (I) este în faza cu tens iunea (V) și reprezintă componenta activă cu
valoarea Icos φ, iar puterea activ ă va avea valoarea VIcos φ;
– componen ta reactivă are valoarea Isin φ, și apare atunci când componenta curentului I este
defazată cu 90° în urma tensiunii, iar puterea reactivă are valoarea VI sin φ;
– În cazul în care ve ctorul I este multiplicat cu V, produsul acestora reprezintă puterea
aparentă a circuitului.

Echipamente și aplicații comune:

14
Echipamente și aplicați i: Cos φ Tan φ
Motor cu inducție încărcat la 0%
25%
50%
75%
100% 0.17 5.80
0.55 1.52
0.73 0.94
0.80 0.75
0.85 0.62
Lămpi cu incandescență 1.0 0
Lămpi fluorescen te (necompensate) 0.5 1.73
Lămpi fluorescente (compensate) 0.93 0.39
Lămpi cu descărcare 0.4 la 0.6 2.29 la 1.33
Cuptoare cu elemente resistive 1.0 0
Cuptoare cu inducție (compensate) 0.85 0.62
Cuptoare de tip dielectric 0.85 0.62
Mașini de lipit res istive 0.8 la 0.9 0.75 la 0.48
Aparate de sudură monofazice 0.5 1.73
Echipament de sudură 0.7 la 0.9 1.02 la 0.48
Echipament de sudură în c.c 0.7 la 0.8 1.02 la 0.75
Cuptor cu arc 0.8 0.75
Tab. 5 : Valori pentru cos φ și tan φ . [4]

2.1.2.1. Efectele f actorului de putere scăzut

O scădere a factorului de putere duce la pierderi adiționale în sistem, iar pierderile în
conductoare de legături și dispozitive cresc.

15

Fig. 6: Influența factorului de putere.

Se poate observa că puterea activă dispo nibilă la borna unui transformator scade odată cu
factorul de putere.
În cazul unui generator sincron, puterea activă și cea aparentă sunt micșorate dacă
factorul de putere este scăzut.
Creșterea pierderilor pe linia de transport a energiei se amplifica, iar stabilitatea
sistemului se micșorează din cauza reducerii puterii disponibile, cauzată de scăderea factorulu i
de putere. [6]

2.1.3. Îmbunătățirea factorului de putere

Consumul energiei reactive este atent monitorizat . În prezent tarifele aplicate în Europa,
încurajează beneficiarii să reducă consumul de energie reactivă.
Pentru ca valoarea notelor de plată la electricitate să fie redusă, se pot instala condensatoare
de compensare a energiei reactive la consumatori. Aceștia permit reglarea puterii reactive la o
anumită valoare, stabilită prin contract cu furnizorul de energie.
Atunci când se calculează nota de plată se ține cont de:
• costul energiei consumate C ec = 0.21 RON/kWh;
• costul puterii totale C pc = 23.57 RON/kW;
• costurile suplime ntare datorate factorului de putere mai mic de 85%.
Factorul de putere
Puterea aparentă și activă

16
Valoarea energiei reactive consumate se află cu ajutorul formulei:
𝑡𝑎𝑛 𝜑=𝑄
𝑃
Componentele unei instalații se pot optimiza cu un factor de putere mai mare. Pentru a se
obține rezult ate cât mai bune, corecția unei instalații trebuie făcută cât mai aproape de fiecare
componentă.
Factorul de putere corespunzător unei sarcini care este alimentată de la un transformator ,
se poate îmbunătății dacă curentul prin transformator s e va reduce, iar alte sarcini pot fi adăugate.
În practică, este mai utilă îmbunătățire a factorului de putere, nu înlocuirea transformatorului.
Pentru a îmbunătății factorul de putere într -o instalație, este nevoie de o baterie de
condensatoare , având rolul de a înlocui sursa de energie reactivă. Un astfel de montaj compensează
energia reactivă.
Într-un generator și în sistemele de transport și distribuție, o sarcină inductiv ă care are
factorul de putere mic, apare un curent reactiv, (defazat cu 90° în urma tensiunii), pierderi de
putere și căderi de tensiune.
Dacă est e conectată o baterie de condensatoare în paralel, curentul reactiv capacitiv al
acesteia, va trece prin același traseu ca cel pe care îl urmează curentul reactiv deja existent.

Alegerea bateriei de condensatoare
Bateria de con densatoare cu valoare fixă se recomandă atunci când puterea reactivă a
condensatoarelor are o valoare mai mică sau egală cu 15%. Peste 15 % se recomandă o baterie de
condensatoare cu reglaj automat.
Condensatoarele de joasă tensiune care se află într -o instalație reprezintă modalitate a de
compensare care poate fi globală (se instalează într -un singur loc pentru intreaga instalație),
sectorială, locală (pentru fiecare dispozitiv) sau și sectorial și local.
Compensarea ideală, în practică, este aplicată în l ocul de consum, iar nivelul este în acord
cu valorile instantanee de putere.

17
2.1.3.1. Bateria de condensato are cu valoare fixă

Compensarea poate fi efectuată și de o baterie de condensatoare cu valoare fixă. Pentru a
obține un anumită treaptă de compensare se pot folosi unul sau mai multe condensatoare. Comanda
se poa te face:
– prin conectare directă la un echipament electric;
– semi -automat: prin contactor;
– manual: prin separator de sarcina sau întreruptor automat.
Montarea condensatoarelor se face:
– la bornele motoarelor și tran sformatoarelor;
– pe barele de distribuție de la care se alime ntează motoare mici;
– atunci când nivelul sarcinii este constant.

Fig. 6: Baterie de condensatoare de valoare fixă.
2.1.3.2. Bateria de condensatoare automat ă
Cele mai fol osite baterii de condensatoare, sunt cele în trepte, la care reglajul se face
automat.
Echipamentul de acest tip, monitorizează atent factorul de putere, menținându -l în limite
strânse. Controlul compensării se face automat

18
Acest ti p de baterii se montează în locurile în care sunt vizibile va riații mari de puteri active
și reactive, cum ar fi bornele cablului de alimentare sau barele tabloului general de distribuție.
Adaptarea compensării este imediată în cazul bateriilor de condensatoare automate.

Fig 7: Baterie de condensatoare în trepte, cu reglaj automat.
Bateria de condensatoare este compusă din mai multe secțiuni, fiecare fiind comandată de
un contactor. Capacitatea bateriei se poate modifica în trepte, datorită f aptului că atunci când un
contactor se închide, secțiunea corespunzătoare lui este pusa în paralel cu altele care sunt deja
conectate.
Pentru a se putea monitoriza factorul de putere al unui circuit, se paote folosi un releu de
control, care es te reglat să închidă și să deschidă contactoarele , pentru ca valoarea factorului de
putere să rămână constantă.
Avantajele pe care le are comutația statică sunt:
– număr nelimitat de cicluri închis/deschis;
– răspuns imediat l a toate fluctuațiile factorului de p utere;

19
– funcționare silențioasă;
– eliminarea fenomenelor tranzitorii din rețea la comutația condensatorilor.
Posibilitatea de a se produce supratensiuni de sarcină redusă va fi evitată, din cauza
comp ensării la valoarea apropiată de cea cerută de sarcina. Astfel se reduc riscurile de defectare a
echipamentelor și a utilajelor.

Fig. 8: Principiul bateriei de condensatoare în trepte, cu reglaj automat.

2.1.4. Rezultatele îmbunătățirii factorului de putere

După ce factorul de putere va fi îmbunătățit (va avea o valoare mare) vom putea observa
următoarele rezultate:
• penalizările vor fi eliminate;
• sarcina în transformator și în echipamente va fi redusă;
• pierderile I2R în transformatoare, în cabluri și în alte echipamente vor scădea;
• sarcina în generatoare sincrone va fi redusă;
• va crește puterea aparentă disponibilă, iar tensiu nea din sistem se va stabiliza. [7]

20
2.2. Scop

Energia reactivă produce consecințe atât tehnice cât și economice.
În figura 9, se poate observa influența pe care o are, având aceeași putere P, aceea că, o
valoare mai mare a puterii reactive Q, duce la o creștere a p uterii aparente, în consecință este nevoie
de un curent mai mare de alimentare.

Fig. 9: Principiul compensării factorului de putere.

Puterea reactivă men ține tensiunea necesară pentru livrarea pterii active (W) prin liniile de
transmisie. În cazul în care puterea reactivă nu este suficientă, prin liniile nu vor avea puterea dorită de
sarcini, din cauza tensiunii scăzute. Fluxul de electroni în lucrul mecan ic este convertit de sarcinile
motoarelor și ale altor sarcini cu ajutorul puterii reactive .
Odată cu creșterea curentului de alimentare, circulația energiei reactive în instalație duce
la:
– supraîncărcări ale transformatoarelor;
– creșterea temperaturii cablurilor;
– pierderi;
– căderi de tensiune.
Din aceste cauze, energia reactivă trebuie produsă cât se poate de aproape de sarcini, pentru
a preveni eventualele p ierderi de curent în rețea. Acest fenomen este cunoscut sub numele
de compensarea factorului de putere .

21
Compensarea factorului de putere pentru un motor de inducție de 36 kW cu diferite nivele de
corecție:

Unde:
• 1 – factorul de putere necorectat;
• 2 – factorul de putere corectat cu 12 – kVAR;
• 3 – factorul de putere corectat cu 13.7 – kVAR;
• 4 – factorul de putere corectat cu 23.7 – kVAR.

Pentru a se reduce pierderile de putere aparentă în rețea de la S2 la S1 (Fig. 10), trebuie
conectat un condensator c are furnizează energie reactivă Qc .

𝑄𝑐=𝑃(𝑡𝑔𝜑2−𝑡𝑔𝜑1)

2.3. Alegerea tipului de compensare

Valoarea economică pe care o are compensarea este măsurată comparând costul instalației
bateriilor din condensatoare cu economia pe care o produce.
Costul bateriilor condensatoarelor depinde de mai mulți factori:
– tensiune;
– puterea instalată;

22
– tipul controlului (automat, manual);
– nivelul de protecție;
– calitatea.

2.3.1. Locatia

· Comp ensarea globală
Bateria condensatorului este conectată la sfârșitul alimentării instalației și furnizează compensare
pentru toate sarcinile. Acest lucru este bun atunci când principalul scop este acela de a elimina sancțiunile
și de a nu supraîncărca staț ia transformatorului.
• Compensarea local ă
Bateria condensatorului este instalată la sfârșitul alimentării secțiunii din instalație care dorește a fi
compensat. Este util atunci când instalația este amplă și conține segmente cu diferite cond iții de sarcină.
• Compensarea individual ă
Are loc atunci când bateria condensatorului este conectată direct la fiecare terminal al sarcinii
inductive. Metoda este luată în considerare atunci când puterea motorului este mare comparativ cu cea
cerută . Este folosită pentru că din punct de vedere tehnic este ideală, produce energie reactivă în punctul în
care aceasta este consumată și cantitatea acesteia este ajustată la comandă.

2.3.2. Tipul de compensare

• Compensarea fix ă
Intreaga baterie a condens atorului este controlată de un întrerupător “ON/OFF”. Pornirea acesteia
poate fi acționată manual cu ajutorul întrerupătorului, semi -automat cu contactoare, sau poate fi dependentă
de terminalele motorului. Acest proces este folosit atunci când puterea rea ctivă este mică (<15% din puterea
transformatorului) și sarcina este relativ stabilă.
• Compensarea automat ă sau “cu trepte”

23
Bateria condensatorului este împărțită în trepte, cu posibilitatea de a pune un număr variabil de
trepte în circuit, acționate automat. Bateria este instalată la sfârșitul alimentării distribuției de joasă tensiune
sau al unui sector important. Permite reglarea “pas -cu-pas” a energiei reactive. Schimbarea treptei și
declanșarea acesteia este controlată de un releu varmet ric.

2.4. Prezența armonicilor la compen sarea energiei reactive

Curenții armonici generați de dispozitivele electrice pot fi responsabili de supraîncărcarea
condensatoarelor.
Dispozitivele care folosesc componente electrice, cum ar fi GPS -urile, redresoa rele,
folosite din ce în ce mai mult în c irculație, produc în rețele curenții armonici. Armonicele
perturbează semnalul multor dispozitive. Condensatoarele sunt “sensibile” la aceste armonici din
cauza scăderii proporționale a impedanței armonicilor deja p rezente.
În anumite cazuri, fenomenul rez onanțelor poate apărea, rezultând o distorsiune de înalta
tensiune și o supraîncărcare a condensatorului.
Conform energiei produse de generatoarele de armonici, diferite tipuri de condensatoare
trebuie să fie alese și asociate cu reactoarele.
Pentru valor i mari ale generatoarelor de armonici, armonicile trebuie să fie filtrate.
Dispozitivul potrivit pentru a filtra armonicile rezolvă atât compensarea energiei reactive cât și
funcțiile de filtrare ale armonicilor.

2.5. Termeni folosiți pentru dispozitivele de compensare

• Element condensator sau “recipient”
Dispozitiv confecționat din doi electrozi separați de un dielectric, închis cu o carcasă de
plastic. Carcasa conține un dispozitiv de protecție împotriva erorilor care pot apărea la stricarea
aparatului, un dispozitiv pentru suprapresiune și o siguranță HBC care izolează elementul în cazul
unei defecțiuni.
• Bloc condensator Varplus M

24
Montarea a 3 sau 12 condensatoare configurate în blocur i trifazate. Este disponibil în
versiuni standard sau de tip H, folo site în funcție de nivelul de poluare al armonicilor.
• Sursă fixă a condensatorului de putere mare Varplus
Montarea blocurilor condensatoarelor Varplus M, fără o protecție a dispozitivului. Este
disponibil în versiuni standard, de tip H sau cu surse deregla te, folosite în funcție de nivelul de
poluare al armonicilor.
• Sursă fixă a condensatorului Rectibloc
Montarea blocurilor condensatoarelor Varplus M, protejat de un întrerupă tor. Este
disponibil în versiuni standard, de tip H sau cu surse dereglate, folosit e în funcție de nivelul de
poluare al armonicilor.
• Sursă automată a condensatorului Turbovar
Montarea blocurilor condensatoarelor Varplus M, controlate de o întârziere a cur entului.

3. Regimul tranzitoriu și perturbările

3.1. Condiții de comutare tranzit orie

Condensatoarele reprezintă originea regimurilor tranzitorii și a perturbailor cum ar
fi curentul de intrare ridicat și comutarea rapidă a condensatoarelor, dar și rezonanța și
suprasarcina armonică.

25
Comutarea unei baterii de condensator este însoțită de curenți și tensiuni tranzitorii.
Apariția unei supratensiuni sau a unui curent mare, a căror amplitudine și frecvență depind de
caracteristicile rețelei și de numariul bateriilor condensatorului.
Inductanța rețelei din amonte e ste considerată pură , având formula :
;
Unde:
• Un – curentul nominal;
• Isc – curent de scurtcircuit simetric trifazat;
• Ssc – putere de scurtcircuit la punctul de conectare a condensatorului.

Conexiunea dintre dispozitivul de î ntrerupere (contactor, întrerupător) și bateria
condensatorului este de asemenea considerată inductanță pură .

3.1.1. Cazul unei baterii normale (fixe)

Modelele corespunzătoare în câmpul rectifazei: putere înalta Varplus, Rectibloc.
Echivalentul unei di agrame cu o singură fază este:

Fig. 11: Diagrama simplificată a unui condensator cu baterie fixă.
Unde:
• La – inductanța rețelei;
• L – inductanța conexiunii dintre dispozitivul de întrerupere și a bateriei condensatorului.
Expresia cure ntului de comutare de vârf este:

26
.

3.1.2. Cazul unei baterii reîncărcabile (automate)

Modelele corespunzătoare în câmpul rectifazei: Rectimat, Secomat, Prisma.
Echivalentul unei diagrame cu o singură faz ă pentru (n+1) trepte de condensatoare este:

Fig. 12: Diagrama simplificată al unui condensator c u baterie în trepte.
Unde:
• La – inductanța rețelei;
• L – inductanța conexiunii dintre dispozitivul de întrerupere și a bateriei condensat orului
(0.5 μH/m).
Vârful curentului de comutare este atins atunci când “n” pași sunt în operație și când pasul
“n+1” este încărcat. Pașii din operație sunt descărcați în pasul încărcat. Din cauza inductantei “L”
mici, curentul de comutație este foarte mar e și nu depinde de inductanța rețelei “La”.

Expresia curentului de comutare de vârf est e:
.

27
3.2. Rezonanța
Fenomenul rezonanței este responsabil de cele mai mari perturbări ale armonicilor în
rețeaua d e distribuție și cauza majoră a supraîncărcării compensării condensatorului.
Următoarea diagramă simplificată reprezintă o instalație care conține: un transformator de
alimentare, sarcini lineare, sarcini non -lineare generate de curenții armoni cilor și corecția
condensatoarelor.

Fig. 13: Diagrama simplificată a instalației.
Pentru analiza armonicilor, se folosește următoarea diagramă:

Fig. 14: Diagrama echivalentă pentru analiza armonicilor.
Unde:
• Ls – inductanța de ali mentare (rețea + transformator + linii);
• C – capacitatea de corecție;
• R – rezistența de încărcare liniară;
• Ih – generator de armonici.

28

Fenomenul descris se numește “rezonanță paralelă”.

Modulul impedanței văz ut în funcție de curenții armonici este:

Fig. 15: Modulul impedanței Z în funcție de frecvență.
Frecvența “ ” reglează frecvența circuitului (Is + c). Atunci când aceasta este atinsă,
modulul impedanței rețelei este maxim și apar tensiuni îna lte ale armonicilor. În zona în care
armoni cile sunt amplificate, curenții armonicilor sunt mai mari decât fluxul curenților armonici
introduși în circuit (Is + C).

3.3. Supraîncărcarea cu armonici
3.3.1. Caz general
Tensiunile armoni cilor aplicate condensatoarelor au ca rezul tat circulația curenților
proporționali cu frecvența armonicilor. Acești curenți sunt responsabili de pierderile adiționale.
Tensiunile armonice sunt de asemenea cauza creșterii valorii de vârf a tensiunii, amplif icând
procesul de îmbătrânire al condensato rului.

29
3.3.2. Supraîncărcarea filtrelor armonice
Scopul unui filtru armonic este de a transfera curenții armonici într -un circuit cu o
impendanta mai mică, pentru a preveni scurgerea acestora în rețeaua de aliment are.

Fig. 16: Diagramă simplificată a instalației cu filtru armonic.
Dacă rețeaua de alimentare are o deformare deja existentă (din cauza armonicilor care
generează sarcini conectate în instalație), există riscul că filtrul să se supraîncarc e.
Această per turbare a tensiunii trebuie verificată când se instalează filtrele armonicilor.
Echipamentul folosit pentru filtrele armonice este echipat cu un dispozitiv de protective a
supraîncărcării.

4. Regimul tranzitoriu și perturbările

4.1. Curentul de comutare
Valoarea curentului de vârf a întrerupătorului unei baterii a condensatorului, poate fi foarte
mare, mai ales pentru o baterie automată cu treaptă. În practică, bateriile condensatoarelor

30
automate pentru t ensiuni scăzute sunt echipate cu contactoare care dețîn un resistor care limitează
curentul de comutare.
Rezistorul este folsit pentru :
• a evita atingerea vârfului curentului acceptat de bateria condensatorului;
• a evita inge rea curentului de comutare maxim acceptabil pentru dispozitivele de întrerupere;
• măresc durata de funcționare a condensatoarelor.

4.2. Rezistența termică a echipamentului (dispozitive de rupere
și cabluri)
Fluctuațiile admisibile al e tensiunii fundamentale și ale componentelor armonice pot duce
la o creștere de la 30% la 45% a curentului în condensatoare.
Fluctuațiile datorate capacității condensatorului pot duce la o creștere suplimentară de 15%.
În cazul co ndensatoarelo r de rectifaza, creșterea suplimentară scade până la 5%.
Efectul cumulat de cele două fenomene, duce la redimensionarea echipamentului pentru
curenții următori:
• 1.3 * 1.15 = 1.5 curent norminal al bateriilor condensatoare lor în genera l;
• 1.3 * 1.05 = 1.36 curent nominal în cazul unui tip standard sau a unei bobine protejată de bateriile
condensatoarelor aflate în rectifaza;
• 1.45 * 1.05 = 1.5 curent nominal în cazul rectifazei susținută de bănci ale conde nsatoarelor.

4.3. Alegerea și calibrarea dispozitivelor de protective pentru
bateria condensatorului
Condensatoarele de joasă tensiune pot fi protejate de o siguranță sau de un întrerupător.

31
• Protecția unui întrerupător
Dispozitivul de protective t rebuie să fie sensibil la valoarea RMS -ului curentului (inclusiv
armonicile).
• Tipul întreruperii
Întreruperile magnetice termice sunt ideale pentru aplicație. Dacă sunt folosite întreruperile
de tip electric, pragul de declanșare trebuie să fie f ixat de 10 ori mai mare decât curentul setat
pentru a permite trecerea valorii de vârf a curentului de comutare.
• Coordonarea întrerupătoarelor cu ajutorul echipamentului de corecție.
Pentru p rotejarea unei baterii a condensatorului de un întrerup tor, sursa nu trebuie să fie
dimensionată pentru același curent de scurtcircuit ca și instalația.
• Utilizarea dispozitivelor de curentu residual
La comutarea unei surse a condensatorului, cur enții trifazati nu sunt echilibrați, chiar dacă
suma ac estora este 0. Acești curenți sunt mari. În consecință, este necesar ca centrarea lor să fie
cât mai precisă, pentru a preveni asimetria să provoace detectarea curentului pierdut și declanșarea
problem elor.
• Protecția cu siguranță
• Protec ția cablurilor
Cablurile de alimentare trebuie să fie dimensionate la fel ca și dispozitivele de protecție și
control. Ele trebuie să fie protejate împotriva scurtcircuitelor care pot apărea pe cabluri în cazul
unei avarii a condensatorului.

32

5. Concluzii

6. Bibliografie

[1], [4] . Manualul instalatiilor electrice in conformitate cu standardele internationale CEI –
SCHNEIDER ELECTRIC
[2]. https://ctlsys.com/support/reactive_power/
[3]. Reactive energy correction – Institut Schneider Formation / MDG9AD162en / 11 -2000 / IE :
01
[5].http://www .elth.pub.ro/~cazacu/1.%20Suport%20Curs%20BE%20I -TR-
%20TET%202015/curs_Bazele%20Electrotehnicii_TET.pdf
[6], [7]. https://memm.utcluj.ro/materiale_didactice/mae/curs11.pdf
[8]. Rusinaru Denisa, “Retele electrice” – Note de curs (Curs 11 – “IMBUNĂTĂȚIREA FACTORULUI DE
PUTERE ”)