Capitolul 1 Soluții tehnice de compensare a puterii reactive ………………………….. ………………………….. …… 3 1.1. Factorul… [622484]
1
Cuprins
Capitolul 1 Soluții tehnice de compensare a puterii reactive ………………………….. ………………………….. …… 3
1.1. Factorul de putere și implicațiile energetic ………………………….. ………………………….. ……………… 3
1.2. Cauzele scăderii factorului de putere, respectiv a creșterii consumului de putere reactivă …………. 7
1.3. Efecte le compensarii locale a puterii reactive ………………………….. ………………………….. ……………. 11
1.4. Compensarea naturală a puterii reactive ………………………….. ………………………….. …………………… 14
1.5. Compensarea puterii reactive utilizând surse artificiale ………………………….. ………………………….. . 16
Capitolul 2 Determinarea necesarului de putere reactivă ………………………….. ………………………….. ……… 19
2.1 Generalitați ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 19
2.2. Determinarea puterii reactive și a tipului de sursă ………………………….. ………………………….. ………. 21
2.3. Alegerea locului de amplasare a surselor de reactiv ………………………….. ………………………….. …… 25
2.4. Sistem monofazat – compensare parțială ………………………….. ………………………….. ………………….. 26
2.5. Sistem trifazat – compensare totală și parțială ………………………….. ………………………….. …………… 27
2.6. Compensarea instalațiilor cu ajutorul bateriilor de condensatoare ………………………….. …………… 30
Capitolul 3 Proiectarea instala țiilor de compensare a factorului de putere ………………………….. ………….. 31
3.1. Generalități ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 31
3.2. Probl eme de rezonanță ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 36
3.2.1. Creșteri de tensiune datorate instalațiilor de reglare cu condensatori ………………………….. … 37
3.2.2. Vârfuri de curent la cuplare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 39
3.3. Echipament dezacordat ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 42
3.4. Masuri de tehnică securitații ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 53
3.5. Instalații de condensatoare pentru îmbunătățirea factorului de putere ………………………….. …….. 56
Capitolul .4 Instala ția de compensare automata a factorului de putere. Model practic …………………….. 61
4.1. Generalitați ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 61
4.2. Cutie metalică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 64
4.3. Contactoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 67
4.4. Regulatorul automat ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 70
4.5 Siguranțe automate ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 73
2
4.6 Condensatoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 76
4.7 Măsură tori efectuate în cadrul instalației ………………………….. ………………………….. …………………… 81
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 88
3
Capitolul 1 Soluții tehnice de compensare a puterii reactive
În domeniul energiei electrice, una din căile de reducere a pierderilor de putere și energie o
reprezintă îmbunătățirea factorului de putere ș i gospodărirea judicioasă a energiei reactive în
sistemul electroenergetic. Un factor d e putere ridicat reduce circulaț ia de putere reactivă din
centralele electrice spre consumatori, micș orând pierderile de energie electrică până la un nivel
minim determina t de con sumul tehnologic propriu. Se obț ine astfel o cre ștere a randamentelor
instalaț iilor de tran sport, tran formare si distribuț ie a energiei electrice, a siguranței de funcț ionare
și o mai bună utilizare a reț elei electrice prin reducere a puterii aparente cu care este încărcată.
1.1. Factorul de putere și implicațiile energetic
Fie un circuit simplu, liniar, alc ătuit din elementele de circuit ideale R, L, C legate în serie, la
bornele c ăruia se aplic ă tensiunea sinusoidal ă √ .
Curentul prin circuit este :
√
√
( 1.1)
) (1.2)
Sarcini rezistive, sarcini inductive, sarcini capacitive
Fie elementele simple de circuit ideale rezistor cu rezisten ța R, bobin ă cu inductivitatea L si
reactan ța inductiv ă XL=L, condensator cu capacitatea C si reactan ța capacitiv ă XC=1/C. Dac ă
la bornele acestora se aplic ă o tensiune sinusoidal ă √ , curen ții pri n cele trei
elemente de circuit sunt √ , în faz ă cu tensiunea, √ (ωt- ,
defazat în urma tensiunii cu unghiul /2, √ , defazat înaintea
tensiunii cu unghiul /2 – figura 1.1.
4
Figura 1.1
Termenul √ ω ω se nume ște impedan ța circuitului . Curentul este în
fază cu tensiunea, dac ă circuitul are un caracter rezistiv, reactan ța sa fiind nul ă L=1/C; es te
defazat în urma tensiunii, dac ă circuitul are caracter inductiv, reactan ța inductiv ă fiind mai mare
decât cea capacitiv ă, L1/C; respectiv este defazat înaintea tensiunii, dac ă circuitul are
caracter capacitiv, reactan ța inductiv ă fiind mai mic ă decât cea capacitiv ă L1/C.
Puteri în regim sinusoidal monofazat . Fie un dipol electric (un circuit electric simplu).
Puterea instantanee la bornele dipolului este p=ui. Se nume ște putere activ ă valoarea
medie pe o perioad ă T a puterii instantanee P=∫p(t)dt/T=U Icos, produsul dintre valorile
efective ale tensiunii și curentului multiplicat cu cosinusul unghiului de defazaj corespunz ător.
Cu observa ția că U=ZI, iar Zcos=R, se constat ă că P=R, adic ă puterea activ ă este puterea
corespunz ătoare pierderilor prin efect Joule într -un element de circuit de rezisten ță R parcurs de
un curent de valoare efectiv ă I. Puterea activ ă exprim ă transformarea energiei electrice în alt ă
form ă de energie util ă – mecanic ă (motoare), termic ă (cuptoare), luminoas ă (iluminat), chimic ă
(electroliz ă) s.a. Puterea activ ă se măsoară în watt [W].
Se nume ște putere reactiv ă produsul dintre valorile efective ale tensiunii și curentului
multiplicat cu sinusul unghiului de defazaj corespunz ător Q= UIsin. Puterea reactiv ă este Q0
pentru un circuit capacitiv, Q0 pentru un circuit rezistiv, respectiv Q0 pentru un circuit
inductiv. Condensatoarele primind putere reactiv ă negativ ă sunt considerate “generatoare” de
5
putere reactiv ă (consumul de putere reactiv ă capacitiv ă este echivalent cu generarea de putere
reactiv ă inductiv ă). Dacă la bornele unui consumator de putere, reactan ța inductiv ă este egal ă cu
reactan ța capacitiv ă, consumul de putere reactiv ă din re țea este nul .
Între elementele ideale de circuit – bobin ă/condensator – are loc un schimb de energii – energia
înmagazinat ă în câmpul electric al condensatorului We=CU2/2 este egal ă cu energia
înmagazinat ă în câmpul magnetic al bobinei Wm=LI2/2. Puterea reactiv ă se m ăsoară în
volt amper -reactiv [VAr].
Se nume ște putere aparent ă produsul dintre valorile efective ale tensiunii si curentului
S= UI. Puterea aparent ă exprim ă cea mai mare putere activ ă care se poate realiza la o tensiune U
și intensitate a curentului I date S=max P , pentru cos=1. Puterea aparent ă se măsoară în
volt-amper [VA].
Fig.1.2
Puterile activ ă, reactiv ă și aparent ă satisfac rela țiile (evidente din “triunghiul puterilor”,
similar cu “triunghiul impedan ței”):
√ (1.3) , Q/P=tg, P=Scos , Q=Ssin ,în care este
defazajul dintre tensiune și curent la bornele dipolului – figura 1.2
Puteri în regim sinusoidal trifazat
Expresiile puterilor activ ă, reactiv ă și aparent ă sunt afectate de termenul √ , U fiind
tensiunea de linie de 380V (între conductoarele de faz ă L1, L2, L3) iar I – curentul printr -un
conductor de linie:
6
√
√
√
Factorul de putere .
Raportul pozitiv dintre puterea activ ă și puterea aparent ă kp=P/S se nume ște factor de
putere . Factorul de putere este întodeauna subunitar, întrucât PS. În regim sinusoidal, rezult ă
evident kp=P/S=cos. Pentru o instala ție electric ă a unui consumator de putere aparent ă dată,
maximul de putere activ ă, adic ă maximum de eficacitate, se ob ține la un factor de putere cât mai
mare (mai aproape de unitate), un defazaj între tensiune si curent cât mai mic, deci la un consum
de energie reactiv ă din re țeaua de distribu ție cât mai sc ăzut. Din rela ția:
√
rezult ă că problema îmbun ătățirii factorului de putere este, de fapt, problema reducerii puterii
reactive absorbite de consumator din re țea.
În exploatare, factorul de putere se determin ă ca o valoare medie, pe baza contoriz ării
consumurilor de energie electric ă activ ă si reactiv ă într-un interval de timp specificat:
√ (1.7)
Factorul de putere stabilit în instala țiile electrice în lipsa surselor specializate de
compensare a puterii reactive se nume ște natural . Factorul de putere minim pe care trebuie s ă-l
asigure consumatorul la punctul de delimitare cu re țeaua furnizorului pentru a nu pl ăti energia
reactiv ă consumat ă se nume ste neutral , fiind stabilit la 0,92 pentru joas ă tensiune și 0,95 în
sistemul de medie/înalt ă tensiune. Factorul de putere pentru care cheltuielile de investi ție și
exploatare sunt minime se nume ște optim ; el este determinat pe baza unui calcul tehnico –
economic.Calculele tehnico -economice arată, în marea majoritate a cazurilor, avantaj ele
generării descentralizate a puterii reactive de către surse amplasate în apropierea consumului.
7
Excepția de la această regulă poate constitui unii mari consumatori alimentați direct de pe barele
unor centrale de sistem.
1.2. Cauzele scăderii factorulu i de putere, respectiv a creșterii consumului de putere
reactivă
Marea majoritate a elementelor de reț ea consum ă nu numai putere activ ă, ci și putere
reactiv ă.
a) Liniile electrice aeriene sunt consumatoare de putere reactiv ă datorit ă inductan ței proprii
L (QL=LI2) dar și generatoare de putere reactiv ă datorit ă capacit ății lor fa ță de p ământ
C(Q2=CU2). În ansamblu, bilan țul puterii reactive poate fi excedentar sau deficitar, în func ție
de raportul dintre cele dou ă componente.
b) Motoare electrice. Puterea reactiv ă absorbit ă de un motor asincron Q()=Q 0+(Qn-Q0)
este determinat ă de puterea reactiv ă absorbit ă la mers în gol Q0 si de înc ărcarea motorului
=P/P n. Consumul de putere reactiv ă la sarcin ă nominal ă este Qn=Pntg. La mersul în gol,
Q00,7Q n, ceea ce arat ă că puterea reactiv ă absorbit ă de un motor asincron variaz ă puțin cu
sarcina. Puterea reactiv ă la mersul în gol se poate determină și din diagrama din figura1.3, în
raport cu puterea nominal ă Pn și num ărul de poli.
Exemplu . Puterea reactiv ă absorbit ă de un motor asincron pentru coeficien ți de înc ărcare
1=0,3 si 2=0,6 este Q (0,3)=0,7027Q n, respectiv Q(0,6)=0,808Q n.
Factorul de putere cosal motoarelor asincrone variaz ă atât cu factorul de putere nominal
cosn, cât și cu gradul de înc ărcare al motorului - figura 1.4
8
Fig.1.3 Fig.1.4
c) Transformatoare electrice. Un transformator cu puterea aparent ă S absoarbe puterea
reactiv ă QTr= Q 0+(u sc /100)(S/S n)2S, compus ă din puterea reactiv ă de mers în gol Q0 și puterea
reactiv ă asociat ă tensiunii de scurtcircuit și încărcării transformatorului. În tabelul 1 .1 sunt date
caracteristicile unor transformatoare uzuale.
În cazul motoarelor și transformatoarelor, este necesar ă pentru magnetizare, iar în cazul
convertizoarelor statice, pentru control și comuta ție.
Implica țiile energetice ale factorului de putere .
Un factor de putere redus are o serie de consecin țe negati ve asupra func ționării re țelei
electrice, printre care:
– creșterea pierderilor de putere activ ă;
– investi ții suplimentare;
– creșterea pierderilor de tensiune în re țea;
– reducerea capacit ății instala țiilor energetice.
Dimensionarea se face pe baza intensit ății curentului electric I=P/ √ Ucos, sau
I=S/ √ U=√ √ .
9
Pentru o aceea si putere activ ă, o dat ă cu sc ăderea factorului de putere, respectiv cu
creșterea puterii reactive cre ste curentul, ceea ce duce la majorarea dimensiunilor elementelor
instala ției.
Tabelul 1.1 Puterea absorbită de transformatoare
Puterea aparentă
nominală a
transfomatorului
Sn ,kVA Tensiunea de
scurtcircuit
Usc,% Putrea reactivă a
transformatorului
la mers în gol
Q0, kVA r la sarcină
nominală Q ϒr ,
kVA r
100 4 3.5 7.5
160 4 5 11.4
250 4 7 17.0
400 4 10 26.0
500 4 12.0 32.0
630 4 14.5 40.0
800 6 17.0 49.0
1000 6 20.0 80.0
1250 6 24.0 99.0
1600
6 28.0 124.0
2000 6 33.0 153.0
10
Exemp lu: Fie un consumator ce absoarbe o putere activ ă P=1000 kW la un factor de putere
cos1=0,6. Puterea aparent ă și curentul sunt:
S1=P/cos1=1000/0,6=1667 kVA
I1=P/√ Ucos2=1000103/ √ 3800,92=1651 A.
Creșterea factorului de putere la valoarea cos2=0,92 conduce la o putere aparent ă și un curent:
S2=P/cos2= 1000/0,92=1087 kVA
I2=P/√ Ucos1=1000103/ √ 3800,6=2532 A, ambele valori net inferioare precedentelor.
b) Cre șterea pierderilor de putere activ ă. Pierderile de putere în conductoarele re țelei
electrice trifazate sunt date de rela ția P=3RI2=RS2/U2=R(P2+Q2)/U2=RP2/U2 cos2 . Se constat ă
că pierderile de putere variaz ă direct propor țional cu p ătratul puterii reactive și invers
propor țional cu p ătratul factorului de putere.
Exemplu. Din datele prezentate mai sus, (I12 –I22 ) / I12 = 1-(I2/I1)2 =1-(1651/2532)2 =0,575 ,
ceea ce înseamn ă că pierderile de putere sunt reduse cu 57,5% în situa ția unui factor de putere
îmbun ătățit, deci a unui consum de putere reactiv ă mai mic – tabelul 1.2
Tabelul 1.2
Mărimea Fară compensare Cu compensare
Puterea aparentă ,kVA S1=1667
Factorul de putere
Intensitatea curentului,A I1=2532
Puterea activă ,kW P=1000 P=1000
Factorul de putere îm bunătă țit
Puterea aparentă redusă, kVA S2=1087
Intensitatea curentului
redusă, A I2=1651
11
În urma înbunatăț irii factorului de putere de la =0,6 la =0,92 :
-se reduce puterea apare ntă cu (1667 -1087)/1667=0.348 → 34.8%
-se reduc pierderile de putere cu 1 -(1651/2532)2=0.575 → 57.5%
c) Sc ăderea capacit ății de înc ărcare a instala țiilor cu putere activ ă. Elementele re țelei
electrice care alimenteaz ă consumatorul cu o putere activ ă P1 la un factor de putere cos se
dimensioneaz ă pentru producerea, transportul sau/ și transformarea puterii aparente S=P 1/cos.
Îmbun ătățirea factorului de putere la o valoare cos face posibil ă mărirea puterii active
ce poate fi consumat ă cu aceea și structur ă a rețelei electrice la valoarea P2=Scos.
Exemplu . Din datele prezentate mai sus , P2=16670,92=1533 kW . Surplusul de putere activ ă care
poate fi transmis ă/utilizat ă reprezint ă (cos-cos)/cos=(0,92 -0,6)/0,92=0,348 adică 43,8%
din capacitatea de transport a rețelei. Aceea și valoare se ob ține din exprimarea puterilor aparente
(S1-S2)/S1=(1667 -1087)/1667=0,348 .
d) Cre șterea pierderilor de tensiune în re țea. Pe lâng ă scăderea capa cității de înc ărcare a
rețelei, transportul puterii reactive produce pierderi de tensiune suplimentare fa ță de cele produse
de puterea activ ă. Din rela ția de calcul a pierderii de tensiune într -un circuit trifazat cu sarcină
concentrat ă la cap ăt U=(PR+QX)/U se vede c ă, o dat ă cu cre șterea valorii puterii reactive Q
crește și valoarea pierderilor de tensiune, ceea ce conduce la necesitatea supradimension ării
secțiunii conductoarelor re țelei.
1.3. Efectele compensarii locale a puterii reactive
Reducerea pierderilor de putere activă
În cazul unei rețele oarecare, compusă din n elemente, pierderea de putere activă P i, în
elementul i , ca urmare a circulației de putere reactivă Q i este :
(1.8)
în care U i este tensiunea de funcționare.
12
Diminuarea tranzitului de putere reactivă prin elementul considerat se poate obține prin
injectarea unei puteri reactive ∆Q i în nodul receptor de putere reactivă.
Pierderea de putere activă , neglijând pierderile tehnologic e ale instalației de compensare ,
au expresia :
(1.9)
reducerea pierderilor va fi:
]
(1.10)
iar în rețeaua considerată :
(1.11 )
Reducerea puterii active ca urmare a diminuării puterii reactive tranzitate cu 1MVA r se
notează se notează cu μ r și se numește echivalent energetic al puterii reactive în nodul respectiv
și rezultă din relația precedentă în care ∆Q i=1.
Valorile echivalentului energetic al puterii reactive μ r diferă in funcție locul nodului
consumator de putere reactivă în sistem și dacă aceasta se calculeză la vârf sau la gol de sarcină
al SEN. μ r poate lua valori cuprinse între 0.01 -0.15 kW/kVA r
Îmbunătă țirea regimului de tensiune și stabilității nodului de alimentare
Examinând caracteristica statică Q=f(U) a unui nod de rețea cu sarcină mixtă, se poate
constata că prin scăderea tensiunii în domeniul U nominal -Ucritic , puterea reactiva consumată (în
special de motoare asincrone și transformatoare) se diminuează.
13
O scădere a tensiunii sub valoarea U critic va conduce ,dimpotrivă , la majorarea însemnată a
consumului de reactiv , ca urmare a creșterii pierderilor inductive ale MAS , transformatoarelor
și liniilor , precum și a puterii capacitive generată de linii și cabluri .
Fig. 1.5 Caracteristica Q=f(U) a unui nod cu sarcină mixtă
Rezultă fenomenul denumit avalanșă de tensiune și instabilitatea nodului.
Rezerva de stabilitate statică a nodului se apreciază prin coeficientul :
[%] (1.12)
Valorile admise pentru r U sunt de circa 20% în regimuri normale și de 10% în regimuri
post avarie.
Un indicator care se referă la rezerva de stabilitate statică a unui nod este dat de
sensibilitatea tensiunii față de variația puterii reactive, exprimată prin derivata dQ/dU.
Pentru asigurarea unor condiții normale de reglaj a tensiunii , puterea minimă a instalației
de compensare Q k , ce trebuie instalată într -un nod ,se determină conform relației:
Qd+Q k≥Q c+∆Q+Q rez (1.13 )
14
unde Q d este puterea disponibilă în nod , determinată prin calcule de regim ,Q c este puterea
necesară consumatorilor în regim de sarcină maximă iar ∆Q reprezintă pierderile de putere
reactivă.
Rezerva de putere reactivă Q rez se determină pentru situații de indisponibilitate a unei
surse importante de energie reactivă ( generator, compensator ,linie). Qrez se poate aprecia ca fiind
10-15% din Q c.
Îmbun ătățirea factorului de putere se realizeaz ă prin:
– metode tehnico -organizatorice(metode/mijloace naturale) care constau în aplicarea
unor m ăsuri de ra ționalizare a exploat ării, cu cheltuieli reduse și fără prevederea unor instala ții
suplimentare;
– metode de compensare aconsumului de putere reactiv ă prin utilizarea unor surse
specializate de putere reactiv ă.
1.4. Compensarea naturală a puterii reactive
Mijloace naturale de reducere a consumului de putere reactiv ă.
Sursa principal ă a consumului de putere reactiv ă este în utilizarea motoarelor asincrone și a
transformatoarelor în regim de înc ărcare redus ă.
Este evident că îmbunătă țirea factorului de putere prin mijloace naturale este mai
avantajoasă decât utilizarea unor surse artificiale de putere reactivă.Soluțiile sunt legate de:
limitarea funcționării în gol a motoarelor electrice ;
optimizarea numărului de transformatoare menținute sub tensiune și exploatarea
acestora;
utilizarea motoarelor sincrone la limita economică a producerii puterii reactive;
înlocuirea motoarelor asincrone care funcționează si stematic la sarcină redusă:
Reducerea consumului de putere reactiv ă se ob țin prin:
– înlocuirea motoarelor subînc ărcate cu motoare de putere mai mic ă, încărcate cât mai
aproape de sarcina nominal ă;
15
– funcționarea cu înf ășurările statorului în conexiunea stea în perioadele de sarcin ă redus ă
sub 1/3 din sarcina nominal ă, revenind la conexiunea normal ă triunghi în perioadele de sarcin ă
nominal ă;
– întreruperea func ționării motorului pentru durate de mers în gol mai mari de 10 s
(metoda se recomand ă și la tr ansformatoarele de sudur ă);
– folosirea motoarelor sincrone la puteri peste 100 kW, dac ă nu este necesar ă reglarea
turației. Aplicarea uneia sau alteia dintre metodele naturale este justificat ă pe baza unui calcul
tehnico -economic.
Motorul asincron absoar be de la rețea curentul inductiv necesar magnetizării sale și acest
curent este practic independent de sarcină. Factorul de putere scăzut constituie un dezavantaj al
MAS (motor asincron). Valorile acestuia variază , după putere și turație , între 0.72 și 0 .92 pentru
motoarele cu rotor bobinat și între 0.72 și 0.91 pentru cele cu rotor în scurtcircuit.
Pierderile totale de putere activă într -un MAS și în linia electrică de alimentare se
determină cu relația :
(1.14)
unde η este randamentul motorului pentru β dat , R este rezintența liniei consumatorului de
la motor pînă la bară , Q=βP ntgφ/η este puterea activă absorbită de motor pentru coeficientul de
încărcare β dat iar tgφ este tangenta corespunzătoare unghiului φ pentru coeficientul β dat.
-montarea comutatoarelor stea -triunghi la MAS;
Reducerea consumului de putere reactiv ă se ob ține prin:
– înlocuirea unui transformator subînc ărcat cu altul de putere mai mic ă (problema
înlocuirii se pune la înc ărcări sub 50% din puterea nominal ă mai mult de 1500 h/an);
– funcționarea transformatoarelor conectate în paralel în re țeaua de distribu ție a unui
consumator dup ă un gra fic de pierderi minime.
Înlocuirea transformatoarelor subîncărcate sub 50% timp de 1500 h/an: datorită
pierderil or de mers în gol și în sarcină ,dacă transf ormatoarele sunt slab încărcate , acestea
contribuie în mare masură la micșorare a factorului de putere .Din caracterist ica dată în fig.1.6 , se
constată că pentru încă rcări de 20% din puterea nominal ă, factorul de putere cosφ 1, în primarul
16
trasformatorului , variază între 0.6 și 0.8 pentru valori ale factorului de putere în secundar
cosφ 2=0.7-0.9.
Fig.1.6 Mod ificarea cosφ în funcție de încă rcarea transformatorului
1.5. Compensarea puterii reactive utilizând surse artificiale
Sursele de putere reactivă sunt :
generatoarele sincrone din centrale ;
compensatoare le sincrone ;
motoare le sincrone ;
baterii le de condensatoare ;
liniile electrice .
Pentru sistemele electrice industriale , în veder ea compensării puterii reactive , se folosesc
compensatoarele sincrone și baterii de condensatoare.
Compensatoarele sincrone sunt mașini electrice sincrone care , fun cționând în regim
supraexcitat , furnizează putere reactivă.
Avantajele folosirii lor sunt urmă toarele :
17
reglajul fin și continuu (automat, dacă este necesar ) al puterii reactive generate , urmărind
practic instantaneu șocurile de putere reactivă ;
puterea reactivă nu depinde de nivelul de tensiune din rețea ;
comportarea bună la scurtcircuite în apropierea locului lor de amplansare ;
pot furniza sau absorb i puterea reactivă contribuind, în caz de necesitate , la reglajul
tensiunii în nodul în care sunt racordate .
Dezavantajele utilizării compensatoarelor sincrone sunt:
consumurile importante de putere activă (12 -15 kW/MVA r) ;
investiț ie specifică ridicată ;
exploatarea relativ complicată , cu personal calificat ;
fiabilitate mai redusă în comparație cu instalațiile statice de producere a puterii reactive ;
se realizează numai pentru puteri nominale relativ mari ;
contribuie la creșterea puterii de scurtcircuit în instalațiile electrice ale consumatorului
industrial .
Bateriile de condensatoare au următoarele avantaje :
din cele câteva tipuri standardizate , cu puteri nominale între 15 -200 kVA r, se pot
constitui baterii cu puteri adecvate necesităților de compensare ;
se fabrică pentru JT și pentru MT, putâ ndu-se utiliza acolo unde efectul compensării este
maxim ;
au pierderi de putere activă de 10 ori mai mici decât compensatoarele sincrone (2.5 -4.5
W/kVA r) ;
sunt echipamente simple , nu necesită instalații auxiliare complicate și nici personal
calificat de exploatare ;
costul specific [u.b/kVA r] este mai mic decât al compensatoarelor sincrone ;
se pote organiza funcționarea lor în trepte pentru compensarea rațională a puterii reactive;
Ca dezavantaje ale utilizării bateriilor de condens atoare se pot menționa :
conectarea și deconectarea bateriilor (treptelor) este însoțită de variații bruște de
tensiune;
sunt echipamente sensibile la supratensiuni de durată precum și la acționea curenților
de scurtcircuit;
18
puterea reactivă este dependentă de pătratul tensiunii de alimentare și de frecvență :
Qbat=2
fCU2 (1.15)
Alegerea surselor artificiale de putere reactivă se face după epuizarea tuturor mijloacelor
naturale. Pentru creșterea factorului de putere de la valoarea naturală φ 1 la cea neutrală, valoarea
neutrală a factorului de putere este aceea valoare stabilită din considerente tehnico -economice
considerată ca minimă pe care trebuie să o realizeze un consumator industrial pentru a fi
exonerat de plata energiei reactive, în caz contrar , pentru un factor de putere mai mic , aceasta
fiind penalizat; în țara noastră , cosφ neutral=0.92, cosφ 2, se va lua în considerare instalarea de surse
artificiale de putere reactivă.
Surse artificial de putere reactiv ă.
Instalarea surselor specializate de putere reactivă ( baterii de condensatoare,
compensatoare sincrone ), în scopul ridicării factorului de putere până la valoarea cerută ( neutrală
sau optimă ), se ia în considerare după ce au fost epuizate mijloacele naturale de reducere a
consumului de putere reactivă. În rețeaua de d istribuție a consumatorului se utilizează
condensatoarele; compensatoarele sincrone (la puteri mai mari de 20 MVAr) s unt recomandate
în rețeaua de transport de înaltă tensiune sau în unitățile de producere a energiei electrice.
Condensatorul electric asigur ă puterea reactiv ă direct la consumator – figura 1.7. Puterea
reactiv ă QC ce trebuie instalat ă pentru ridicarea fact orului de putere de la o valoare cos (de ex.
factorul de putere natural) la valoarea cos (de ex. factorul de putere neutral) se determin ă în
funcție de puterea activ ă absorbit ă de consumator (fig. 1.8): QC=P(tg – tg).
Fig.1.7 Fig.1.8
19
Condensatoarele pentru îmbun ătățirea factorului de putere sunt disponibile într -o gam ă largă
de puteri reactive nominale. În func ție de puterea reactiv ă nominal ă Qnc a condensatorului ales se
formeaz ă bateria de condensatoare cu puterea reactiv ă Q bc și un factor de putere îmbun ătățit
√ (1.16)
O baterie de condensatoare poate fi alc ătuită si dintr -o combina ție de condensatoare cu
puteri nominale diferite, astfel c ă puterea reactiv ă asigurat ă de baterie Qbc poate fi determinat ă
foarte fin. Un criteriu îl constituie treptele de reglaj stabilite și gama de contactoare disponibile
pentru conectarea bateriei.
Exemplu . Fie consumatorul din exemplele anterioare care absoarbe o putere activ ă. P=1000 kW
la un factor de putere natural cos=0,6. Puterea reactiv ă QC necesar ă pentru îmbun ătățirea
factorului de putere la valoarea neutral ă cos=0,92 este QC=1000(1,333 -0,426)=907 kVAr. Se
alege o baterie de condensatoare de Qbc = 920 kVAr. Factorul de putere îmbun ătățit devi ne :
φ √ (1.17)
Pentru re țelele de distribu ție industriale, la care se poate aproxima existen ța unui factor
de putere mediu cos=0,7, puterea reactiv ă a condensatoarelor pentru ob ținerea unui fa ctor de
putere neutral cos=0,92 este de circa 50% din puterea activ ă a consumatorului Q c0,5P.
Capitolul 2 Determinare a necesarului de putere reactivă
2.1 Generalitați
Reducerea circulației de putere prin elementele unei rețele electrice constituie o măsură
importantă pentru micșorarea pierderilor de energie. În literatură această problemă este
cunoscută de regulă sub denumirea de compensarea puterii reactive , îmbunătățirea factorului de
putere și leg at de acestea optimizarea amplasării surselor de putere reactive.
Necesitatea compensării puterii reactive rezidă din valoare relativ ridicată a consumului
de putere reactiv ă, în medie 0.75 kvar/kW putere reactivă consumată și 0.25 kvar/kW pentr
20
aceea tra nzitată. Dintre consumatorii de putere reactivă , o pondere mai însemnată o dețin
motoarele asincrone și transformatoarele electrice a căror funcționare reclamă existența unor
câmpuri magnetice. Astfel, din totalul puterii reactive cerute de receptoare, apr oape 65% este
absorbită de motoarele asincrone, 20% de transformatoarele electrice, 15% de linii, bobine de
reactanță, cuptoare electrice.
Analizând problema compensării puterii reactive , trebuie subliniat faptul că aceasta are
două aspecte și anume: comp ensarea în rețea și la consumator. Deși legate, cele două prezintă și
unele diferențe. Oricum problemele de bază care se pun sunt în ambele cazuri aceleași: câtă
putere reactivă compensăm, care sunt sursele de putere reactivă și unde repartizăm aceste surs e.
De regulă, în sistemele cu deficit de putere reactivă , montarea surselor de putere reactivă
se face pentru reglarea nivelului de tensiune. Totuși factorul de putere are influență directă
asupra consumului propriu – tehnologic de putere și energie ca și asupra capacității de transport a
rețelei. De aceea, chiar și în cazul unor nivele corespunzătoare de tensiune poate apare rațională
compensarea factorului de putere.
În conformitate cu actualele reglementări, consumatorii industriali tre buie să absoarbă
energia de la sistem la un factor de putere neutral de 0.92. Energia reactivă consumată
suplimentar la un factor de putere sub 0.92 se plătește cu un preț variabil în funcție de tensiunea
la care se realizează consumul.
În prețul energie i electrice reactive se cuprinde și cota de consum tehnologic de energie
activă aferentă transportului de energie reactivă . În vederea realizării factorului de putere neutral,
consumatorii își ameliorează factorul de putere pe cale naturală ( printr -o cor ectă alegere a
tipului și puterii motoarelor, evitarea funcționării cu instalațiile în gol, scăderea tensiunii la
motoarele subîncărcate ș.a.) și pe cale artificială (prin montarea de surse de putere reactivă ).
Prin actuala prevedere care uniformizează pe întregul sistem energetic factorul de putere
impus consumatorilor nu se obține, în toate cazurile, o optimizare a regimului de funcționare.
Pentru consumatorii amplasați în imediata vecinătate a centralelor electrice ridicarea factorului
de putere până la 0.92 poate conduce la circulații suplimentare de putere reactivă . Pe de altă
parte, factorul de putere luat în considerare fiind o valoare medie lunară, el se realizează adesea
21
prin creșterea factorului de putere în orele de gol de sarcină, ceea ce poate c onduce, de asemenea
la cre șterea pierderilor.
Calculele făcute pentru ansamblul rețelelor de 110 -400 kV la nivelul anului 2002
considerând consumul la toate barele stațiilor de 110 kV corespunzător unui factor de putere 0.92
a condus la o pierdere cu 22 MW mai mare decât aceea în care s -a considerat un factor de putere
optimizat pe zone (sau chiar pe stații 110/MT). Reducerea s -a produs în special în rețelele de
110kV.
Este interesant de arătat că această reducere de pierderi s -a obținut menținând 27% din
noduri la cos =0.81…0.91; 19% din noduri la cos =0.92; 8.5% cu cos =0.93…0.95 și 45.5%
din noduri cu cos =0.96…1.0. Calcule făcute pentru cos =0.95 același în toate nodurile, în
vederea justificării creșterii factorului de putere neutral, au condus la concluzia că el nu poate fi
aplicat, deoarece în multe zone ar fi condus la o creștere a tensiunii peste valoarea maximă
admisibilă. S -a ajuns astfel la concluzia că este necesar ca factorul de putere impus unui
consumator să fie sta bilit în funcție de situația energetică a zonei în care este amplasat.
Instalarea de mijloace suplimentare de compensare și reglaj în sistem va fi eficace, dacă
cheltuielile aferente instalării și exploatării acestora vor fi mai mici decât efectul economic
obținut în sistem.
2.2. Determinarea puterii reactive și a tipului de sursă
Puterea reactivă necesară compensării Q c , pentru realizarea fac torului de putere cosφ 2,
rezultă d in relația :
Qc=P1(tgφ 1-tgφ 2)-∆Pctgφ 2 (2.1)
în care P 1 este puterea activă a consumatorului necompensat (la sarcină maximă) , ∆P c este
pierderea de puter e activă în sursa de compensare , P2 și Q 2 sunt puterile activă și reactivă a le
consumatorului compensat la cosφ 2.
O altă relație care permite stabilirea puterii reactive de compensare este :
22
(2.2)
unde E a1 este energia activă cerută de consumatorul necompensat într -un an iar T UQ este durata
de utilizare a puterii reactive maxime.
Condensa toarele derivație se utilizează, de regulă , ca sursă specializată d e compensare a
puterii reactive, fiind mai ief tine, cu piederi mai mici și condiții de exploatare mai ușoare decât
compensatoarele sincrone.
Puterea r eactivă a unui condensator es te dată de relația :
Qc=mωC fU2
f (2.3)
în care m este numărul de faze , ω=2Πf este pulsația tensiunii de alimenta re, U f este
tesiunea de alimetare pe fază iar C f este capacitatea pe fază a condensatorului.
Din punct de vedere al conexiunilor , condensatoarele sunt monofazate și trifazate , legate
în stea sau în triunghi:
Fig.2.0 Conexiunile condensatoarelor
Puterea condensatorului trifazat în conexiunea stea este :
(2.4)
iar pentru cea triunghi :
23
(2.5)
Curentul condensatorului monofazat este :
(2.6)
iar cel al condensatorului trifazat , independent de conexiune este :
(2.7)
Din punct de vedere al frecvenței , condensatoarele pot fi de frecvență industrială (50Hz)
sau de medie frecvență (100 -1000Hz). Acestea din urmă utilizate în special pentru compensarea
cuptoarelor de inducți , au piederile active ∆P c mult sporit , conform relației:
(2.8)
în care tgδ este unghiul de pierderi al dielectricului.
În cazul compensării individuale , puterea reactivă a bateri ei de condensatoare va acoperi
mersul în gol al receptoarelor. Relațiile de calcul sunt urmatoarele:
la compensarea transformatoarelor de forță :
(2.9)
la compensarea MAS:
(2.10)
unde Q m0 este puterea reactivă de mers în gol a motorului ; pentru motoarele având puterea
nominală peste 30 kW , se poate utiliza relația aproximativă :
(2.11)
Numărul necesar de condensatoare ce formează bateria este
24
(2.12)
în care Q nc este puterea nominală a condensatorului unitar.
Dacă tensiunea rețelei U r este diferită de cea nominală U nc a condensatoarelor , puterea
acestora va fi corectată conform relației :
(2.13)
Compensatoarele sincrone pot fi luate în considerare în urmatoarele situații :
pentru compensarea puterilor ce depășesc 50 MVA r ;
dacă consumatorul are receptoare deformate și necesită co mpensarea unor puteri
ce depășesc 10 -20 MVA r;
pentru compensarea variațiilor rapide ale sarcinii reactive (cuptoare cu arc,
laminoare, etc.).
Compensarea puterii reactive prin folosirea mașinilor electrice sincrone se bazează pe
faptul că, în regim suprae xcitat , acestea produc putere reactivă.
Mașinile sincrone pot funcționa ca:
motoare sincrone , producând putere mecanică și putere electrică reactivă ;
compensatoare sincrone , producând numai putere reactivă ;
Puterea aparentă S c a unei mașini sincrone este dată de relația :
(2.14)
unde ∆P c reprezintă pierderile de putere activă ale c ompensatorului sincron sau suma
aceloraș i pierderi cu puterea mecanică î n cazul motorului sincron iar Q c este puterea reactivă
25
debitată de maș ină pentru ridicarea factorului de putere al consumatorului la valoarea neutrală ,
cosφ 2 .
(2.15)
2.3. Alegerea locului de amplasare a surselor de reactiv
Există mai multe variante de amplasare a surselor de putere reactivă în SEI.
Figura 2.1. ilustrează acest lucru pentru sursa cea mai răspîndită , bateria de condesatoare. Acestea
pot fi amplasate , în urma unor calcule de eficienț ă, pentru compensare:
Individuală , direct la bornele receptoarelor, de JT sau MT , care au un consum mare de
energie r eactivă și funcționare continuă ; soluția este recomandată și pentru compensarea
fiecărui corp de iluminat cu lămpi fluorescente ;
Centralizată , pe JT la tablourile generale care alimentează grupe importante d e receptoare
inductive și pe MT , în post urile sau stațiile de transformare .
Fig.2.1 Soluții de amplasare a condensatoarelor derivație în SEI
26
Pentru aceasta, mai întai se evaluează puterile consumatorilor în toate nodurile instalației, se
realizează bilanțurile electro -energetice la nivel de grupuri de consumatori, pe joasă tensiune, pe
medie tensiune, iar în final în stațiile de record ad ậnc de pe înaltă tensiune.
Tabelul 2.1 Calculul parametrilor transformatoarelor
2.4. Sistem monofazat – compensare parț ială
Reglementările de utilizare a energiei electrice nu impun compensarea totală a factorului de
putere, ci doar limitarea la o valoare minimă a factorului ( cosφj ).
Prin compensarea parțial ă a fac torului de putere, se înțelege că pornind de la un a numi t sistem
care consumă energii cu valori inițiale cunoscute S i , Pi , Q i și cosφ i < cosφj , să se mențină
puterea activă solicitată de la dist ribuitorul de energie electric, Pi și prin instalarea unui
condensator de valoare C, adăugat în instalație , să se solicite o cantitate mai mică de energie
reactivă, Qj, care să asigure val oarea impusă cosφj.
Plecând de la valoarea necesară a puterii a ctive P i și impun ând cosφj, se obține valoarea finală a
puterii aparente solicitate din rețea:
27
(2.16)
ceea ce înseamnă că puterea reactivă este :
Of = S f sin(φj) (2.17)
Diferența dintre Q r și Q f va trebui sa fie furnizată de condensator:
Qc = ΔQ – Qi – Qf (2.18)
Astfel se poate calcula valoarea capacității C a condensatorului:
(2.19)
2.5. Sistem trifazat – compensare totală și parțială
Compensarea factorului de putere în sistemele trifazate nu diferă substanțial de compensare în
sistemele monofazate; diferența esențială constă în necesitatea de trei condensatoare. Aceste trei
condensatoare pot fi conectate at ật în stea, c ật și în triunghi, indiferent cum este conectată
sarcina.
28
Fig.2.2 Reprezentarea schematic ă a compensării factorului de putere cu condensatoare montate
în triunghi
Fig.2.3 Reprezentarea schematic ă a compensării fa ctorului de putere cu condensatoare montate
în stea
Știind că : Qc = ω CU2 este puterea reactivă furnizată de condensator, în funcție de
tensiune U la bornele lor, puterea reactivă furnizată de cele trei condensatoare de capacitate C a
care sunt conectate în triunghi este: QCΔ = 3ωC ΔUi2 (2.20)
deoarece sunt conectate la tensiunea de linie U i .
Analog, vom avea:
Qcγ = 3 ωC γ U2
f (2.21)
puterea reactivă furnizată de 3 condensatoare de capacitate C r conectate în stea și alimentate la
tensiunea de fază U f.
În cazul în care capacitățile condensatoarelor conectate în stea și în triunghi sunt egale,
respectiv C r – Ca , deoarece U i = √ Uf , din expres iile (2.20 ) și (2 .21) rezultă:
QcΔ = 3Q cr (2.22)
29
Aceasta înseamnă că, grupul de 3 condensatoare conectate în triunghi, furnizează triplu
puterii reactive pe care aceiași condensatoare ar furnziza -o, dacă ar fi conectate în stea.
Modalitate de dimensionare a condensatoarelor pentru realizarea compensării parțiale a
factorului de putere, astfel înc ật să se obțină un anumit factor de putere final, cosφj, este similară
celei prezentate în pagina sistem monofazat – compensarea parțială .
Plecậnd de la puterea activă de sarcină Pi și presupun ậnd că aceasta nu se modifică datorită
introducerii în circuit a condensatoarelor, impun ậnd cosφf, se obține valoare a finală a puterii
aparente solici tate din rețea:
(2.23)
ca și puterea reactivă corespunzătoare:
Qf = S f sin(φf) (2.24)
Diferența dintre Q i și Q f va trebui să fie f urnizată de ba teria de trei condensaotare:
ΔQ = Q c – Qi (2.25)
Presupun ậnd că ba teria de condensatoare este conectată în triunghi, egal ậnd expresiile (2.25) și
(2.20), se obține:
în triunghi (2.26)
Presupun ậnd că ba teria de condensatoare este conectată în stea, egal ậnd expresiile (2.25) și
(2.21), se obtine:
în stea (2.27)
Pentru a obține aceeași putere reactivă, ΔQ, din ultimele două expresii obținute, rezultă că:
Cγ = 3C Δ (2.28)
Aceasta înseamnă că, în cazul în care condensatoarele se conectează în stea, ele trebuie să fie de
capacitate de trei ori mai mare dec ật dacă se conectează in triunghi pentru a obține aceeași putere
reactivă.
30
Pentru a realize compensarea totală a factorului de putere în sistemele trifazate, se pot utilize
relațiile de mai sus, în care cosφf = 1
2.6. Compensarea instalațiilor cu ajutorul bateriilor de condensatoare
Se folosesc în general pentru puteri de compensate ce nu depășesc 50 MVAr .
Calculul bateriei de condensatoare.
1) Puterea reactivă
Determinare puterii reactive a bateriei de condensatoare se face pe baza relației
Qc =P1 ∙( tgφ 1 – tgφ 2 ) (2.29)
La compensarea individual a transformatoarelor, puterea bateriei va acoperi numai
necesarul la mers în gol al acestora
Qc0 ≤ ( 0,1…0,2 ) ∙ S nt (2.30)
Bateriile comutabile automat pot fi fracționate în mai multe tre pte de putere. În acest
mod, bateria se adaptează la cur ba de sarcină reactivă, iar consumatorul nu va debita energie
reactivă în si stem la sarcini reduse.
2) Condiții pentru compensarea cu condensatoare
Suprasacinile maxim admise de con densatoare în regim de durată, în raport cu valorile
normale ,sunt:
Suprasarci nile pot apărea dat orită: variaț iilor mari de tensiuni (laminoare, cuptoare cu arc) .
Armonicilor superioare de cu rent și tensiune generate de receptoare deformate.
31
Conectarea și deconectarea bateriilor de condensatoare
La comutația bateriilor apar supracurenți și supratensiuni. Din punct d e vedere al acestor
fenomene ba teriile de condesatoare pot fi: simple, în cazul în care în apropierea lor nu există alte
baterii care ar putea mări curentul de conectare la re țea.
Instalația de descărcare trebuie să asigure scăderea tensiunii sub valoarea maxim ă admisă
U adm = 50V în timpul de descărcare t d de maxim 5 minute la bateriile de MT și de maximum 1
minut l a bateriile JT.
Capitolul 3 Proiectarea instala țiilor de compensare a factorului de putere
3.1. Generalități
Transformatoarele, motoarele și mulți alți consumatori electrici preiau de la re țeaua de
alimentare, pe langa puterea utilă, activa, și putere reactivă.Această putere reactivă suprasolicită
nu numai re țeaua de alimentare, și generatoarele, cablurile, transformatoarele și stațiile de
distribuție, și produc prin aceasta cheltuieli suplimentare.
Prin utilizarea instalațiilor de reglare cu condensato ri poate fi totuși transmisă o putere
activă sensibil mai mare. Echipamentele de transmisie pot fi astfel degrevate de puterea reactivă,
se reduc costurile cu consumul de energie și nu mai sunt necesare măsuri costisitoare de
extindere a instalației. Facto rul de putere “cos ” este raportul dintre puterea activă și puterea
aparentă.
Pentru a îmbunata și factorul de putere existent (cos 1) al unui utilizator, la valoarea cerută
de lege, impusa la cos 2 0,92, se utilizează urmatoarea formula:
2 1 c tan tanP Q
La proiectarea unei instalații de reglare cu condensatori, se poate pleca de la premiza că
într-o rețea cu un număr predominant de motoare asincrone cu un cos mediu de 0,7, este
32
necesară o putere a condensatorilor de cca 50 % din pu terea activă, pentru a tinde catre un
cos2 0,92. O instalație de reglare a puterii reactive se poate proiecta simplu și precis, dacă se
folosește una din metodele prezentate în continuare.
Exemplul 1:
Compensarea unui consum de 750 kVA de la cos 1 = 0,7 la cos 2 = 0,95
Rezultat:
Reducerea puterii aparente = (750 kVA – 553 kVA) / 750 kVA = 26%
Reducerea pierderilor la transmisie = (1083A2 – 798A2) / 1083A2 = 46%
Prin compensarea de la cos 1 = 0,7 la cos 2 = 0,95 poate fi transmisă o putere activă cu 26 %
mai mare iar pierderile prin transmisie se micșorează cu 46 %.
Instalația de reglare nefiltrată cu condensatori este recomandabilă atunci când:
a) se exploatează mulți consumatori diferiți;
b) se modifică în permanență consumatorii; Valori calculate: fără compensare cu compensare
Puterea aparentă S1=750kVA
Factorul de putere cos 1=0,7
Curentul aparent I1=750kVA/ 3/400V=1083A
Puterea activă rezultată P P=S 1xcos 1=525kW 525kW
Factorul de putere imbunatațit cos 2=0,95
Puterea aparentă redusă S2=525kW/0,95=553kVA
Curentul aparent redus I2=553kVA/ 3/400V=798A
33
c) puterea redresoarelor nu reprezintă mai mult de 20 % din puterea totală a consumatorilor.
Regulatorul de putere reactivă are rolul să comande astfel instalația de reglare cu
condensatori, încat să se cupleze sau să se decupleze succesiv puterea reactivă corespunzătoare
necesarului variabil de curent reactiv. Datorită unui program de optimizare, instalația de reglare
reacționează mai rapid la abateri mari între valoarea impusă și cea existentă, și mai lent la abateri
mici, pentru a se evita aparitia unor comutări oscilante.
Alegerea instalațiilor corespunzătoare de reglare cu condensatori trebuie astfel efectuată
încât să se atingă cos dorit la valoarea medie a puterii. În fun cție de puterea fiecarei instalații
se alege o instalație de reglare cu până la 12 trepte, deși, de obicei, 6 trepte sunt suficiente.
La instalațiile mici și cele de mărime mijlocie de până la cca 150 kvar, se încearcă
menținerea prețului cât mai jos posib il prin utilizarea a cât mai puține aparate de comutare; este
posibil și prin conectarea de condensatori cu puteri diferite (de exemplu secvența de reglare 1 : 2
: 2 : 2 …)
Fig. 3.1: Principiul compensării curentului reactiv cu o instalație de reglare c u condensatori.
S2=P2 + Q2 cos = P / S
34
P=U I cos =S cos Q=U I sin =S sin
Fig. 3.2: Diagrama puterilor pentru o instalație de consumatori, necompensată și compensată
Fig. 3. 3: Rețea de consumatori cu o instalație centrală de reglare cu condensatori.
Exemplul 2:
Calculul puterii reactive Q [kVAr] plecând de la P [kW]
Tabelul 3.1
Cos
0,8
0 0,8
2 0,8
4 0,8
6 0,8
8 0,9
0 0,9
2 0,9
4 0,9
6 1,0
0
Coeficientul K
0,20 4,1
5 4,2
0 4,2
6 4,3
6 4,4
2 4,4
8 4,5
4 4,6
1 4,9
0
0,25 3,1
2 3,1
8 3,2
3 3,3
3 3,3
9 3,4
5 3,5
1 3,5
8 3,8
8
0,30 2,4
2 2,4
8 2,5
3 2,6
5 2,7
0 2,7
6 2,8
2 2,8
9 3,1
8
0,35 1,9
3 1,9
8 2,0
3 2,1
4 2,1
9 2,2
5 2,3
1 2,3
8 2,6
8
0,40 1,5
4 1,6
0 1,6
5 1,7
6 1,8
1 1,8
7 1,9
3 2,0
0 2,2
9
0,50 0,9
8 1,0
4 1,0
9 1,1
4 1,2
0 1,2
5 1,3
1 1,3
7 1,4
4 1,7
3
0,52 0,8
9 0,9
5 1,0
0 1,0
5 1,1
1 1,1
6 1,2
2 1,2
8 1,3
5 1,6
4
35
0,54 0,8
1 0,8
6 0,9
2 0,9
7 1,0
2 1,0
8 1,1
4 1,2
0 1,2
7 1,5
6
0,56 0,7
3 0,7
8 0,8
4 0,8
9 0,9
4 1,0
0 1,0
5 1,1
2 1,1
9 1,4
8
0,58 0,6
6 0,7
1 0,7
6 0,8
1 0,8
7 0,9
2 0,9
8 1,0
4 1,1
1 1,4
1
0,60 0,5
8 0,6
4 0,6
9 0,7
4 0,8
0 0,8
5 0,9
1 0,9
7 1,0
4 1,3
3
0,62 0,5
2 0,5
7 0,6
2 0,6
7 0,7
3 0,7
8 0,8
4 0,9
0 0,9
7 1,2
7
0,64 0,4
5 0,5
1 0,5
6 0,6
1 0,6
7 0,7
2 0,7
8 0,8
4 0,9
1 1,2
0
0,66 0,3
9 0,4
5 0,4
9 0,5
5 0,6
0 0,6
6 0,7
1 0,7
8 0,8
5 1,1
4
0,68 0,3
3 0,3
8 0,4
3 0,4
9 0,5
4 0,6
0 0,6
5 0,7
2 0,7
9 1,0
8
0,70 0,2
7 0,3
3 0,3
8 0,4
3 0,4
9 0,5
4 0,6
0 0,6
6 0,7
3 1,0
2
0,72 0,2
2 0,2
7 0,3
2 0,3
7 0,4
3 0,4
8 0,5
4 0,6
0 0,6
7 0,9
7
0,74 0,1
6 0,2
1 0,2
6 0,3
2 0,3
7 0,4
3 0,4
8 0,5
5 0,6
2 0,9
1
0,78 0,0
5 0,1
1 0,1
6 0,2
1 0,2
7 0,3
2 0,3
8 0,4
4 0,5
1 0,8
0
0,80 0,0
5 0,1
0 0,1
6 0,2
1 0,2
7 0,3
3 0,3
9 0,4
6 0,7
5
0,82 0,0
5 0,1
0 0,1
6 0,2
2 0,2
7 0,3
3 0,4
0 0,7
0
0,84 0,0
5 0,1
1 0,1
6 0,2
2 0,2
8 0,3
5 0,6
5
0,86 0,0
6 0,1
1 0,1
7 0,2
3 0,3
0 0,5
9
0,88 0,0
6 0,1
1 0,1
7 0,2
5 0,5
4
0,90 0,0
6 0,1
2 0,1
9 0,4
8
0,92 0,0
6 0,1
3 0,4
3
36
cos initial = 0,64; cos dorit = 0,90; coeficientul K = 0,72
puterea P = 300 kW
puterea reactiva Q = P x K = 300 x 0,72 = 216 kVA
3.2. Probleme de rezonanță
În rețelele industriale moderne trebuie să se ia în considerare un procent mai mare sau mai
mic de armonici. La utilizarea de instalații de reglare cu condensatori și / sau condensatori de
compensare fixă în rețele de exploatare cu o componentă de putere la invertoare mai mare de 20
% din puterea totală, se pot produce fenomene peric uloase de rezonanță.
Dacă se consideră puterea instalată de condensatori în corelație cu inductivitățile rețelei
(reactanța inductivă a transformatorului) atunci se observă că acestea formează, privind dinspre
partea de joasa tensiune, un circuit oscilant paralel cu frecvența rezultanță proprie f R.
Dacă această frecvența proprie corespunde perfect cu o armonică a rețelei, atunci circuitul
oscilant paralel va fi atacat de către aceasta. Prin aceasta se ajunge la fenomene de suprasolicitare
și, posibil, de defectare.
De aceea, este necesar ca înainte de a stabili dimensionarea unei instalații de reglare cu
condensatori și a treptelor acesteia și / sau a condensatorilor de compensare fixă, sa se efectueze
mai întai, din motive de tehnica securității, o verifi care a posibilelor situații de rezonanță.
Puterile de compensare critice la armonici de rețea de ordinul pot fi determinate după cum
urmează:
QC Strafo x 100 / 2 / uK [var]
corespunde la √ ]
uK = tensiunea de scurtcircuit a transformatorului [%]
37
Fig.3.4: Schema simplificată pentru situatia de rezonanță la instalații de condensatori și / sau
condensatori de putere.
3.2.1 . Creșteri de tensiune datorate instalați ilor de reglare cu condensatori
În practică se mai întâlnesc creșteri de tensiune datorate condensatorilor. Acestea mai
apar numai în cazul în care se conectează la rețea o putere de compensare fixă neobisnuit de
mare. Creșterea de tensiune depinde atunci, în mod destul de apropiat, de raportul dintre puterea
condensatorilor și puterea transformatorului:
De exemplu:
Strafo = 630 kVA, u K = 6 %, Q C = 250 kvar
U = 250 x 6 / 630 = 2,38 % pentru U N = 400 V 9,5 V
Condensatori de putere (Detalii în E04 -01 E/04)
Prin condensatori de putere se înțeleg unitățile trifazate, de obicei conectate în triunghi,
care se utilizează exclusiv pentru îmbunatățirea cos în rețelele de consumatori. Această
capacitate rezultă din puterea reactivă ce trebuie compensată.
U = Q C uK / Strafo [%] ( 3.1 )
38
Ex: Conde nsator de putere trifazat 50kvar/400 V/50 Hz
(3.2)
(3.3)
Toleranțe de capacități și de putere:
Conform VDE 0560 Cap. 46 și IEC 831 – 1 și 831 – 2 sunt valabile urmatoarele linii directoare:
– pentru instalații de condensatori până la 100 kvar : -5 la +15 % (ESTA 5 %)
– pentru instalații de condensatori peste 100 kvar : 0 la +10 % (ESTA + 5 %)
La condensatorii trifazați trebuie ca raportul între valoarea maximă si minimă a capacitații
masurate între racordurile la rețea sa nu depașească 8 %.
Factorul de pierderi :
La condensatorii de putere DUCATI, factorul de pierderi în dielectric este < 2,5 x 10-4.
Suprasarcina la condensatorii DUCATI :
Tensiune: 1,1 x U N 8 h zilnic
1,15 x U N 30 mi n. zilnic
1,2 x U N 5 min.
1,3 x U N 1 min.
39
Curent pentru condensatorii de putere DUCATI este admisibil 1,3 ori curentul nominal.
Descarcare:
DIN VDE 0560 Cap. 46 Paragraful principal 4 spune că fiecare unitate condensator și /
sau baterie trebuie să fie echipată cu un dispozitiv auxiliar pentru descarcare.
Cu ajutorul acesteia trebuie ca orice unitate să se descarce, în decurs de max. 3 minute
(180 secunde), de la valoarea limită existentă anterior ( √ x U N) la 75 V sau mai pu țin . Pentru
aceasta pot fi folosite atât rezistențe cu o putere corespunzătoare cât și bobine.
Valoarea rezistenței pentru rezistențele de descărcare la condensatorii de putere trifazați
se determină cu urmatoarea formula:
R 180 / C N / ln(√ UN /75) [] (3.4)
si P UN2 / R [W] (3.5)
Ex: Condensatori de putere trifazati 50 kvar, 400V, 50Hz
R 180 / 331,5 x 106 (ln (2 x 400) – ln 75) = 268,7 k
P 4002 / 268700 = 0,6 W
Timpul de descarcăre la condensatorii Ducati < 1 minut.
3.2.2 . Vârfuri de curent la cuplare
La instalațiile de reglare cu condensatori, contactorii sunt mai solicitați, în mod semnificativ, la
cuplarea treptelor de condensatori.
Aceasta se întâmplă datorită cuplării în paralel cu treptele de condensatori deja cuplate.
La cuplarea unei noi trepte de condensatori , curentul de comutare este amortizat numai în mică
40
măsură de către conductoarele de legatură relativ scurte și de pierderile reduse ale
condensatorului.
De aceea trebuie ca, funcție de condițiile constructive să se ia în calcul un vârf de
curent la cuplare de până la de 200 x I C.
Domeniul de temperatură:
Temperatura aerului de răcire K este temperatura aerului de răcire măsurată în condiții
de funcționare în punctul cel mai cald, de exemplu între condensatori.
Definirea claselor de temperatură conform VDE 0560 Cap. 46 și CIE Publ. 831
Tabelul 3.2
Limita sup.
a clasei de
Temp. [ 0C] Temp. de
racire
Medie pe 1
h maxima
admisibila
Medie pe 24 h
[0C ] Medie
pe
1 an
40 40 30 20
45 45 40 30
50 50 45 35
Temperatura limită inferioară min este cea mai mică temperatură în punctul cel mai rece al
suprafeței unui condensator, la care condensatorul încă mai poate fi cuplat.
Temperatura limită superioară max este temperatura care este permisă să apară în cazul cel mai
defavorabil la punctul cel mai cald al suprafeței unui condensator, inclusiv încălzirea proprie.
41
Gradul de protecție:
Pentru diversele forme constructive se indică respectivele grade de protecție, conform
DIN 40050. Gradele de protecție se notează printr -un simbol care este compus din literele “IP” și
două cifre combinate pentru gradul de protecție.
Gradele de protecție indicate, pe scurt:
IP
00 – nici o protecție specială împotriva
atingerii par ților aflate sub tensiune;
– nici o protecție la apă.
IP
31 – protecție împotriva patrunderii
corpurilor străine 2,5 mm;
– protecție împotriva picăturilor de apă
care cad vertical.
IP
43 – protecție împotriva patrunderii
corpurilor straine 1 mm;
– protectțe împotriva depunerilor de
formă granulară;
– protecție împotriva apei pulverizate
picături fine de apă).
42
3.3. Echipament dezacordat
Armonice, origini și efecte:
Progresul tehnic și răspândirea pe scara largă a componentelor electronice de putere au
transformat mul ți utilizatori în “consumatori neliniari”. Acești consumatori neliniari antrenează
de la rețea un curent nesinusoidal chiar când este alimentat cu tensiune sinusoidală. Curentul
nesinusoidal poate fi descompus în în țelesul analizei Fourier într -o serie de oscila ții sinusoidale
individuale, adică oscila ția fundamentală a re țelei la principala frecven ța fn* și un număr de
oscilații armonice nedorite de frecven ță f = x fn ( = numar de ordine). Variatele oscila ții au
frecvente care sunt de ordinul multiplu v al frecven ței principale fn, a căror amplitudine
descrește odată cu cre șterea numarului de ordine .
În general, vom numi aceste oscila ții simplu: armonici. Tabelul de mai jos prezintă
frecvențele lor la o frecven ță a rețelei de fn = 50Hz.
Tabelul 3.3
Numar de
ordine
Frecvența armonicilor
f = fn
3 150
5 250
7 350
11 550
13 650
43
Pentru toate frecvențele înalte f ( sau frecvența unghiulară ω = 2 x π x f ), reactanța
capacitivă
Cω1Xc a condensatorului C cuprins în rețeaua pentru curent reactiv de compensare,
descrește. Ca o consecință a acesteia, și dependență de tipul și încărcarea rețelei, curenții
armonici cauzează o sarcină suplimentară pe condensatori, diminuând astfel durata de viața a
acestora.
Următoarele probleme apar la funcționarea echipamentului cu condensatori:
● supraîncărcarea termică a condensatorilor;
● aparitia rezonanței între reactanța inductivă a rețelei și reactanța capacitivă a condensatorilor:
când efectele reac tanțelor capacitive și inductive se anulează reciproc, curentul crește și va fi
limitat numai de rezistența ohmică, curentul având o valoare de vârf ridicată, și acesta putand fi
un supracurent periculos, cauzând semnificative pericole pentru echipame nte. O variație a
acestor condiții de rezonanță poate coincide cu echipamentul de corectare a factorului de putere,
depinzând de mărimea și numărul de trepte ale echipamentului.
● circuite de blocare emiterii de frecvențe audio care perturbează funcționare a receptoarelor.
● când se utilizează convertori de curent, se crează circuite extrem de mari în perioada de
comutare a fazelor; frontul de comutare a acestor curenți pot defecta componentele de putere.
● frecvența principală: frecvența fundamentală a rețe lei.
Filtru dezacordat :
Filtrele dezacordate constau dintr -un condensator și un reactor (inductanța) conectate în
serie, formând un circuit rezonant. Dacă frecvența rețelei fn este mai joasă decât frecvența de
rezonanță fres a filtrului, trebuie adă ugat că performanțele capacitive ale filtrului să conțină
compensarea curentului reactiv.
Mai sus de frecvența de rezonanță, performanțele trebuie aranjate în așa fel încât să se
comporte ca o inductanța; aceasta înseamnă că, în cazul în care f > fres, nu există rezonanța cu
inductanța rețelei.
44
Pentru frecvența de rezonanță, circuitul în serie se comportă ca o pură rezistență, adică
curentul este limitat numai de rezistența ohmică, și curentul este șuntat pe calea cea mai ușoară.
Pentru a produce un cir cuit în serie în bandă, frecvența de rezonanță trebuie să fie cuprinsă pe o
armonică a rețelei. Aceasta reduce considerabil nivelul tensiunii armonicei, adică armonica este
eliminată.
Mai multe informații pe acest subiect pot fi obținute de la noi din lucrarea: E04 -07 E/01
pentru filtrele pe circuite de echipamente pentru corecția factorului de putere.
Circuitul de rezonanța în serie este numit dezacordat atunci când frecvența de rezonanță
fres nu coincide cu o armonică a frecvenței rețelei fn. Dezacord ul trebuie să fie realizat mai jos
decât cea mai mică armonică probabilă.
Filtrele dezacordate sunt necesare pentru protecția condensatorilor împotriva rezonanței
și a curenților mari rezultați.
La o frecvență apropiată, se poate obține blocarea frecvenței audio sau parșial reducerea
efectului armonicei.
Dezacordul este recomandat când convertoarele cu sarcină pe rețea generează armonice
între 15 și 20% din consumul total de putere din rețea. Capacitorii dezacordași sunt selectați
exclusiv în acord cu puter ea reactivă pentru care se dorește corectarea factorului de putere.
Astfel, oriunde este planificat un nou echipament de corecție a factorului de putere, trebuie
determinată influența convertoarelor asupra rețelei. Aceasta poate fi executată, de exemplu, l a
analiza curentului prin masurarea armonicei.
Același lucru poate fi efectuat atunci când se planificî o extindere a echipamentului
existent. De obicei, când echipamentul existent este nedezacordat, el nu poate fi dezacordat
deoarece dezacordarea crește tensiunea pe condensator, care este funcție de factorul de dezacord
p; și tensiunea pe condensator va fi descrescută în raport cu tensiunea respectivei rețele.
45
Factorul de dezacord p
Factorul de dezacord p (exprimat în %) este definit de frecvența rețelei fn și de frecvența
de rezonanță dorită fres.
(
)
] (3.6)
Alternativ, de la factorul de dezaco rd dat, frecvența de rezonanță fres a filtrului poate fi calculată
astfel:
√
] (3.7)
Exemple de factori de dezacord când frecvența principală este fn = 50Hz :
Folosind formulele ( 3.6 ) si ( 3.7 ), următorii factori de dezacord, care sunt frecvent
folosiți, la frecvențele de rezonanță corespunzătoare pot fi calculați:
Factor de dezacord
p[%] Frecvență de rezonanță
fres [Hz]
5 224
5.5 213
5.67 210
6 204
7 189
8 177
12.5 141
14 134
De notat că frecvența de rezonanță fres descrește odată cu creșterea factorului de dezacord p și
invers.
46
Factorul de dezacord p < 6% impune o analiză precisă a condițiilor de pe rețea, cu scopul de a
evita încărcarea inadmisibilă, având drept sursă armonicele.
Urmatoarele criterii sunt relevante în selectarea factorului de dezacord:
● localizarea și stabilirea tipului de generator d e armonici,
● extinderea componentelor pentru blocarea frecvențelor audio,
● raportul dorit de reducerea armonicelor.
Dacă armonicele sunt produse mai ales în rețeaua de alimentare, factorul de dezacord p = 7%
este recomandat, deoarece efectele blocării pentru aceste armonice cresc.
Dacă armonicele sunt produse în rețeaua consumatorilor, va fi selectat factorul de
dezacord care produce cea mai mare reducere a armonicelor din rețeaua consumatorilor.
Exemple:
Circuitul serie este dezacordat cu factorul p = 7%. Folosind formula ( 3.7 ), rezultă urmatoarea
frecvență de rezonanță:
√
(3.8)
Tensiunea rețelei este Un = 400V (faza -faza) cu necesitatea compensării armonicei fundamentale
la o putere de ieșire Nc.
Apoi, tensiunea UC între terminalele condensatoarelor se calculează în modul următor:
(3.9)
47
Este ales un condensator cu tensiunea Ucr = 440V. Aceasta permite o tensiune de rezervă de
aproximativ 10V pentru sarcinile armonice. Condensatorul cu puterea de Qcr, este calculat astfel:
(
)
(
) (
)
(3.10)
Pentru o putere de ieșire de Nc = 50kvar la o rețea de 400V, condensatorul împreuna cu o
tensiune de 440V, va produce la ieșire:
(
)
(3.11)
La această ieșire, capacitatea condensatorilor conectași în stea poate fi calculată astfel:
(3.12)
Capacitatea condensatorilor conectati în delta CΔ se calculeaza astfel:
(3.13)
Pentru funcționarea circuitului în serie, conectarea în stea sau delta a condensatorilor nu are
importanță.
Inductanța bobinei se calculează astfel:
=0.767 mH (3.14)
Bobina trebuie să fie calculată la valoarea totală a curentului( fundamentală + curenți armonici).
Suplimentar, inductanța trebuie să aibă o suficiență liniaritate, astfel ca rezonanța frecvenței fres
să ramână fermă. De asemenea, capacitatea condensatoril or trebuie să ramână constantă. În
consecință, este recomandată posibilitatea de utilizare a unui număr mic de condensatori folosiți
pe trepte de ieșire.
48
Cu condensatori DUCATI de tip 440.3.28,1, 28,1kvar la 440V, se poate realiza un echipament
de filtrar e. Pentru exemplul menționat mai sus, două unitați din acest filtru sunt necesare pe o
treaptă.
Ca o regulă, tensiunea condensatorilor la ieșire Qcr pentru un filtru de ieșire dorit la puterea Nc,
pentru tensiunea rețelei Un, și un factor de dezacord p s e pot determina din urmatoarele tabele
care au fost luate din catalogul nostru de condensatori E 04 -01 E/04.
Calcularea producției solicitate a condensatorului evaluat în circuitele dereglate de filtru
(factori care urmează să fie înmulțiți cu puterea n ecesară pentru fiecare etapă.
Tabelel e 3.5 . : Tensiunea înmagazinată: 400 [V]
Tensiunea
evaluată a
condensatorului
[V] Factorul de dereglare [%]
5 5.5 6 7 12.5 13 14
440 1.150 1.143 1.137 1.125 – – –
525 1.637 1.628 1.619 1.602 1.507 1.499 1.481
49
Tensiunea înmagazinată: 415 [V]
Tensiunea evaluată
a condesatorului
[V] Factorul de dereglare [%]
5 5.5 6 7 12.5 13 14
440 1.068 1.062 1.057 – – – –
525 1.520 1.512 1.504 1.488 1.400 1.392 1.376
Tensiunea înmagazinată: 440 [V]
Tensiunea evaluată a
condesatorului[V] Factorul de dereglare [%]
5 5.5 6 7 12.5 13 14
525 1.352 1.345 1.338 1.324 1.246 1.239 1.224
Tensiunea înmagazinată: 480 [V]
Tensiunea
evaluată a
condensatorului
[V] Factorul de dereglare [%]
5 5.5 6 7 12.5 13 14
525 1.136 1.130 1.125 1.113 – – –
Siguranțe în amonte
Se folosesc numai siguranțe tip NH cu caracteristică lentă.
Siguranțele NH servesc numai pentru protecție la scurtcircuit și nu sunt corespunzatoare pentru
protecție la suprasarcină.
Contactoare :
Pentru instalațiile de reglare cu condensatori, nefiltrate, se folosesc numai contactoare
specializate cu amortizarea curentului de cuplare. Aceasta trebuie neapărat avut în vedere la
procurarea pieselor de schimb.
50
Aceste contactoare specializate pentru condensatori sunt ech ipate cu rezistențe de
amortizare, astfel încât să reducă vârfurile de curent la cuplare de la valori de 200xI C la valori
mai mici de 70xI C, conform indicațiilor din prospecte.
Gama de contactoare produsa de LOVATO – Italia este oferită pentru treptele de: 12,5
kVar, 20 kVar, 25 kVar, 33 kVar și 50 kVar și corespunde cerin țelor de mai sus.
Condensatori:
Construcția în tehnica DUCATI (film polipropilenic metalizat) și cu regenerare și cu
pierderi deosebite de reduse ( 0,25 W/kvar).
Datorită încălzirii proprii reduse și greutații reduse, condensatorii MKP sunt deosebit de
potriviți pentru montajul în dulapuri de distribuție.
Este deosebit de important să se asigure între condensatori temperatura aerului K 600C.
Durata de viata: 100.000 ore de funcți onare.
Gama de condensatori oferita: de la 2,5 kVar la 25 kVar monofaza ți sau trifaza ți, pentru
tensiuni cuprinse între 400V 660V.
Descarcare:
Conform PE/102, pentru fiecare condensator de putere este necesară o rezisteță de descărcare
care asigură în decurs de maxim 3 minute, o descărca re la o tensiune mai mică de 75 V.
Între condensatorii de putere și rezistențele de descărcare nu pot fi prevăzute nici
întrerupătoare, nici siguranțe și nici alte dispozitive de separare. Rezistențele de descărcare
utilizate de către TARCON și CHNT asigură o descarcare sigură la mai puțin de 75 V în decurs
de 1 minut.
Atenție, înainte de atingerea bornelor de racord ale condensatorului trebuie scurtcircuita te
clemele si legate cu carcasă.
51
Circuite de legatură:
Liniile de conectare trebuie să aibă o secțiune care să asigure că acestea pot suporta
continuu un curent de 1,3 ori mai mare decât curentul care ar circula în valoare eficace la
tensiunea sinusoidală nominală și frecvența nominală. Alte creșteri ale valor ii de curent, care se
mențin până la +10 % pe baza toleranțelor de fabricație uzuale rețelei, nu este necesar să fie luate
în considerare la instalațiile de reglare ESTApact.
Alegerea și amp lasarea transformatoarelor de curen t.:
Marimea transformatoarelor de curent se stabilește prin consumul total de curent al
utilizatorului ce trebuie compensat. Intrarea de curent a regulatorului LOVATO DCRK 5 este
echipată pentru transformator de curent la alegere, de 5 A sau 1 A cu 5 VA, clasa I.
Transformatorul de cure nt trebuie să sesizeze întregul consum de curent, inclusiv cel al
instalației de reglare cu condensatori, adică el trebuie să fie amplasat dupa contorul de tarifare
sau după racordul de alimentare al utilizatorului sau al unei parți al acestuia pentru cazu l
utilizatorilor. Dacă fazele sunt neechilibrat încărcate, atunci transformatorul trebuie montat pe
faza cea mai încărcată.
În cazul unor distanțe mari între transformatorul de curent și regulator, trebuie avută în vedere o
secțiune corespunzătoare de cabl u și / sau o putere corespunzătoare a transformatorului.
Racordul instalațiilor de reglare cu condensatori:
La utilizarea unui LOVATO mat este important ca faza pe care este montat
transformatorul de curent și faza de pe care se preia tensiunea de masură s ă fie aceeași.
Regulatoarele au urmatoarele caracteristici principale:
– afișează continuu valoarea cos ;
– contorizează numărul de comutări pe fiecare treaptă;
– permite alegerea unui factor de putere între 0,85 inductiv -1-0,95 capacitiv, în trepte de
0,01.
Indicații complete se pot prelua din instrucțiunea noastra de montaj MV 1141 sau MV 1151.
52
Conditii pentru reglarea automată:
Raportul de conversie al transformatorului de curent trebuie să corespundă consumului
real de curent, în cazul unui transform ator de curent supradimensionat, regulatorul de putere
reactivă primește un semnal de masură prea mic si semnalizează sub forma de deranjament
“Cadere de curent”.În acest caz el regleazî inexact sau nu reglează deloc.
Aceasta este desigur valabil și pentru un transformator de curent ales prea mic.
Curentul de pornire:
Condiția pentru acesta este că în circuitul transformatorului de curent să circule un curent
de minimum 150 mA, corespunzător consumului. În afara de aceasta, trebuie ca cea mai mică
treaptă d e comutare din cadrul instalație de reglare cu condensatori să aibă convertită, în
secundarul transformatorului de curent, o valoare între 0,05 și 1 A.
Valoarea C / K:
Valoarea C/K este valoarea de raspuns a unui regulator de putere reactivă. Ea se
calcule ază din cea mai mică marime de trepte de comutare “C” și din raportul de convertire al
transformatorului de curent “K”. În cazul în care regulatorul este programat pe funcționare cu
inițializare automată, atunci regulator ul de putere reactivă LOVATO DCRK E5 își determina
singur valoarea C / K.
Declanșarea la tensiune zero:
La o întrerupere a tensiunii 10 ms se decuplează toate treptele de condensatori care erau
cuplate. Dupa reaparitia tensunii de alimentare regulatorul începe, func ție de modul de
inițializare “S”, direct cu comutarea în trepte.
Timpii de comutare:
Comutarile neobișnuit de dese la funcționare la sarcină redusă, sau chiar la sarcină normală, pot
fi corectate prin modificarea factorului de timp de comutare la regulatorul de putere reactiv ă.
53
Autoprogramabil:
După punerea în funcțiune, regulatorul își determină singur, prin diverse comutări de
probă, modul de conectare adică poziția de montaj a transformatorului și secvența de reglare,
inclusiv treptele de condensatori racordate.
Alarma de deranjament:
Atunci cand dispare tensiunea de alimentare sau nu se realizează compensarea, se inchide
un contact liber de potential al unui releu de alarma.
Deranjamentul “subcompensare” se activează atunci când cos impus programat nu se atinge
deloc timp de o ora și, totodată, cos măsurat este <0,9 ind. (cos impus trebuie să fie >0,9).
3.4. Masuri de tehnică securitații
Condensatorii DUCATI posedă un dielectric cu auto -regenerare. Dacă datorită
suprasarcinii (deexemplu supratensiune) se ajunge la o străpungere, atunci înfașurarea se
regenerează. Pe langă aceasta fiecare condensator în parte poseda ca măsura de siguranță
suplimentară o protecție interna de întrerupere, cu funcționare sigură care actionează la
suprapresiune.
Dacă, datorită suprasarcini i de tensiune, curent sau temperatură, efectul de auto –
regenerare nu reușește, atunci capacul paharului acționeaza ca o membrană de supra -presiune,
umflându -se în sus și întrerupand astfel conductorul de legătură interior catre elementele de
înfașurare. Cu aceasta, condensatorul defect se separă singur de rețea.
Protecțiile interne nu pot totuși înlocui măsurile de protecție externă, ca de exemplu
siguranțele fuzibile conectate în amonte pentru scurtcircuit.
54
Indicații de intreținere:
Condensatorii de pute re MKP nu necesită intreținere și sunt concepuți pentru durată de
viață statică de peste 150.000 ore de funcționare.
Pentru control, se pot citi, pe regulatorul de compensare a puterii reactive LOVATO DCRE5,
curenții treptelor pe partea secundară a transfo rmatorului de curent sau se pot măsura direct, pe
fiecare fază, cu un clește ampermetric.
Contactoarele specializate utilizate pentru condensatori sunt concepute pentru 100.000
comutări. Numarul de comutări efectuat, pe fiecare treaptă poate fi citit de regulatorul LOVATO
DCRE 5 .
Protecția prin siguranțe și racordare:
Dacă trebuie să fie prevazută o siguranță exterioară pentru protecția unitații condensator
la scurtcircuit, atunci valoarea acesteia se alege între 1,43 si 1,8 ori curentul nominal.Siguranțele
trebuie să aibă caracteristica lentă din cauza valorilor mari de curent de conectare pe timp
scurt.Cablurile de racord se aleg pentru valori de 1,5 ori curentul nominal și chiar mai mari.
VD 0100 Cap. 430 / 8.81 formează baza pentru dat ele de mai jos.
Tabelul 3.6 . : Secțiuni de racordare și dimensionarea siguranțelor pentru instalații de
compensare a curentului reactiv, respectiv pentru compensari fixe:
Puterea condensatorului,
respectiv a instalatiei
(kvar) Capacitatea
(F) Curentul
(A) Sectiunea de racordare
pentru cablu cu 4 respectiv
3,5 conductoare (mm2) Intensitatea de
curent a sigurantei
(A lent)
2.5 3 x 16.6 3.6 1.5 10
5 3 x 33.2 7.2 2.5 20
7.5 3 x 49.7 10.8 2.5 20
10 3 x 66.3 14.4 4 25
12.5 3 x 82.9 18.0 6 35
15 3 x 99.5 21.6 6 35
16.7 3 x 110.7 24.1 10 50
55
20 3 x 132.6 28.8 10 50
25 3 x 165.8 36.1 16 63
27.5 3 x 182.4 39.7 16 63
30 3 x 198.9 43.3 25 80
33.3 3 x 220.8 48.1 25 80
37.5 3 x 248.7 54.1 35 100
40 3 x 265.3 57.7 35 100
50 3 x 331.6 72.1 50 125
55 3 x 364.7 79.4 50 125
60 3 x 397.6 86.6 70 160
66.7 3 x 442.3 96.3 70 160
70 3 x 464.2 101 70 160
75 3 x 497.4 108 70 160
83.3 3 x 552.4 120 95 200
90 3 x 596.8 130 120 250
100 3 x 663.1 144 120 sau 2 x 50/25 *) 250
125 3 x 828.9 180 185/95 sau 2 x 70/35 *) 300
133.5 3 x 884.0 192 185/95 sau 2 x 70/35 *) 300
150 3 x 994.7 217 185/95 sau 2 x 70/35 *) 315
180 3 x 1193.7 260 240/95 sau 2 x 95/50 *) 400
200 3 x 1326.3 280 2 x 95/50 *) 400
250 3 x 1657.9 361 2 x 150/70 *) 400
Acestea sunt cabluri paralele. Toate datele de cablu actuale cu secțiunea de evaluare și
siguranțe sunt valorile minime aplicabile pentru condițiile normale de exploatare și o temperatură
ambientală de 30 ;acestea ar trebui să fie stabilite mai mare în caz de condiții deviante (de
exemplu pentru condiții de armonici)
56
3.5. Instalații de condensatoare pentru îmbunătățirea factorului de putere
1.În instalații de condensatoare pentru îmbunătățirea factorului de putere, respectiv pentru
compensarea energiei reactive absorbite de receptoarele inductive ale consumatorului electric, se
utilizează condensatoare -derivație, fixe sau reglabile în trepte, după caz.
Se recomandă utilizarea condensatoarelor cu pierderi în dielectric cât mai mici și a
condensatoarelor cudielectr ic biodegradabil.
2.Amplasarea bateriilor de condensatoare se face astfel încât pierderile de putere și energie să fie
cât mai mici, în unul din urmatoarele noduri;
– centralizat sau semicentralizat, la tablourile generale de distribuție sau la tablourile de
distribuție ale
grupurilor de receptoare;
– local (individual) la bornele receptorului electric;
– mixt (centralizat sau semicentralizat combinat cu local).
3.Valoarea puterii reactive a condensatoarelor destinate îmbunătățirii factorului de putere și
modul de instalare al acestora (art.2) se stabilește pe baza unei analize tehnico -economice
efectuată conform normativului PE 120.
4.La consumatori electrici cu regim defo rmat (datorită receptoarelor producătoare de armonici de
tensiune sau de curent), bateriile de condensatoare se amplasează în puncte în care coeficientul
de distorsiune și nivelul armonicilor nu conduc la solicitări a instalațiilor peste limitele
admisibil e (Umax=1,1Un ;Imax=1.3 I n ; Q
max = 1,42 Q
n, unde U
n, I
n, Q
n sunt valori nominale în
regim sinusoidal).
În cazul în care rezultă o depășire a valorilor maxime admisibile de tensiune sau curent se iau
măsuri de utilizare a instalațiilor de limitare, filtrar e și compensare a armonicilor perturbatoare
( conform reglementărilor din normativul PE 120).
57
5.La consumatorii electrici cu sarcini reactive fluctuante care produc fluctuații de tensiune
(flicker), se prevăd instalații statice de compensare automată a variațiilor de putere reactivă,
corelat cu necesitate reduceri fluctuațiilor de tensiune la valor i normale (conform normativului
PE 142).
6. În cazul compensării centralizate, bateriile de condensatoare trebuie prevăzute cu aparate de
comutațpentru cuplare -decuplare la rețeaua electrică. Dacă sarcina reactivă este variabilă în timp,
se prevăd baterii de c ondensatoare fracționabile, comutabile automat în trepte de putere reactivă.
7.La consumatorii cu posturi de transformare proprii, în cazul compensării centralizate
automate,seinterzice funcționare în gol a transformatorului, cu bateria de condensatoare
conectată.
8.Compensarea locală (individuală) a energiei reactive consumate se prevede pentru receptoare
inductivecu consum mare de putere reactivă și cu funcționare continuă număr foarte mare (de ex.
lămpi cu descărcare în gaze și/sau vapori metalici).
9.În cazul compensării locale (individuale), la receptoarele de putere mare (motor asincron,
transformator etc.), puterea reactivă a bateriei de condensatoare trebuie să compenseze cel mult
90% din puterea de mers în gol al receptorului.
10.Condensatoarele u nitare sau bateriile de condensatoare se aleg astfel încât să poată suporta în
funcționare continuă o tensiune de maximum 1,1 ori tensiunea nominală a rețelei și un curent de
maximum 1,3 ori curent nominal. Se aleg cu precădere condensatoare cu dielectric impregnat cu
ulei electroizolant biodegradabil.
11.Conductele electrice ale circuitului de racordare a bateriei de condensatoare la rețea, se aleg
astfel încât să poată suporta, în funcționare continuă, un curent maxim admisibil egal cu de 1,4
ori curent nominal al bateriei de condensatoare.
12.Instalațiile de condensatoare pentru îmbunătățirea factorului de putere se protejează
împotriva supracurenților prin siguranțe fuzibile și contactoare cu relee termice sau întreruptoare
automate (disjunctoare), du pă caz. Fac excepție bateriile de condensatoare legate direct la
58
bornele electromotoarelor ce sunt conectate la rețea simultan cu acestea, în acest caz protecția la
supracurent fiind asigurată pentru întreg ansamblul.
13.Siguranțele fuzibile pentru protecț ia bateriilor de condensatoare se recomandă să fie cu
caracteristică lentă de rupere și se aleg astfel:
-în cazul conectării directe (fără trepte intermediare) a bateriei de condensatoare, curent nominal
al fuzibilului să fie cel puțin 1,8 ori curent nom inal al bateriei;
– în cazul conectării în trepte intermediare, curentul nominal al fuzibilului să fie cel puțin 1,6 ori
curent nominal al bateriei.
14.Întreruptoarele automate (disjunctoarele) pentru protecția instalațiilor de condensatoare sunt
de tipul cu rupere în aer. Curentul releelor maximale se reglează la o valoare cel mult egală cu de
1,2 ori curent nominal al bateriei.
15.Bateriile de condensatoare se prevăd cu dispozitive de descărcare automate sau manuale,
alese astfeîncât după cel mult 1 minut de la deconectarea bateriei de rețea, tensiunea reziduală la
bornele ei să scadă sub 42 V. La bateriile de condensatoare fracționabile cu trepte comutabile se
prevăd dispozitive de descărcare automată. Fac excepție și nu se prevăd cu dispozitive speciale
de descărcare, condensatoarele legate direct la bornele receptoarelor.
16.Bateriile de condensatoare se instalează, de regulă, în încăperi separate de categoria BA5
(EE) pe stelaje metalice sau în dulapuri speciale.
În încăperile în care sunt instalate b ateriile de condensatoare se asigură menținerea condițiilor de
temperatură și umiditate cerute de producătorul lor. Ele se amplasează astfel încât să fie ferite de
apă, pref, agenți corozivi, lovituri, vibrații, caldură, foc luându -se masuri corespunzătoar e de
protecție.
Fac excepție bateriile de condensatoare impregnate cu uleiuri incombustibile (garantate de
producător).
Acestea pot să fie instalate în încăperi de clasa BA5 (EE) (de ex. în încăperea tabloului general
de distribuție), în încăperi de produc ție, luându -se măsuri de protecție împotriva atingerilor sau
59
în tablourile electrice închise de alimentare și comanda receptoarelor (de ex. ale motoarelor
asincrone).
17.Montarea bateriilor de condensatoare și a conductelor de legătură se face astfel încât o
persoană să nu poată atinge simultan două părți metalice la o înălțime mai mică de 2,5 m și între
care există o tensiune mai mare de 120V. Accesul personalului în spațiul bate riilor de
condensatoare este permis numai personalului autorizat și numai după deconectarea și
descărcarea în prealabil a acestora pe rezistențele de descărcare.
Standarde:
Pentru proiectarea, amplasarea și racordarea condensatorilor de putere propunem respectarea
urmatoarelor prescripții și recomandări europene:
● VDE 0100 “Norme pentru realizarea instalațiilor de curenti tari cu puteri nominale până la 1000 V”.
● VDE 0560 Cap. 46 “Condensatori paraleli de putere cu autoreparare pentru instalații de cur ent
alternativ cu o tensiune nominală până la 1000 V; din acesta în special paragrafele principale
“Cerinte de Tehnica Securitații” și “Introducere în Realizare și Exploatare”.
● VDE 0550 Cap. 550 “Combinații de aparate de comutare pentru joasă tensiune”.
● VBG4 “Colecție de prescripții privind prevenirea accidentelor a Consiliului de Conducere al
Asociațiilor Profesionale”.
● DIN 40050 Pag. 1 “Protecția la atingere, corpuri străine și apa pentru utilaje electrice”.
● Condiții tehnice de racordare (TAB) a V DEW (Uniunea Electrocentralelor Germane)
Tabloul de distribuție (tablou) este echipamentul care realizează distribuția energiei
electrice la același nivel de tensiune și poate fi construit din unul sau mai multe panouri
sau dulapuri.
Panoul electric este u n element component, în constructie deschisă, al unui tablou de
distribuție echipat cu aparate și materiale electrice.
60
Dulapul electric este un element component, în construcție închisă al unui tablou de
distribuție echipat cu aparate și materiale electric e.
Baterii de condensatoare sunt pentru îmbunatațirea factorului de putere
1.Protecția la supracurenti a bateriilor de condensatoare se va realiza prin siguranțe fuzibile sau
întreruptoare automate care permit întreruperea curenților capacitivi.
2.În cazul existenței unor receptoare care constituie surse de armonici periculoase pt. baterie, se
vor face verificările și se vor lua măsurile prevazute în normativul PE 143.
3.Bateriile de condensatoare trebuie prevazute cu posibilitați de descarcare au tomată fie pe
înfașurările mașinilor și transformatoarelor în cazul racordarii nemijlocite la aceastea, fie pe
rezistente speciale, care trebuie să asigure scăderea tensiunii la bornele bateriilor sub 40 V, într –
un timp mai scurt de 1 min.De asemenea, se vor asigura posibilitați de descărcare suplimentară
cu stânga izolată, conform normelor PE 119.
4.Bateriile de condensatoare pot fi instalate în încaperi separate sau în dulapuri speciale.
Spațiile în care se instalează bateriile de condensatoare vor avea asigurată aerisirea, vor fi uscate,
vor fi ferite de praf, de agenți agresivi (corosivi), de șocuri, de trepidații, de căldură și de pericol
de incendiu. La instalarea bateriilor de condensatoare se vor respecta și condițiile de umiditate și
temperatura i ndicate de producătorul de condensatoare.
5.Carcasa condensatoarelor și stelajelor de susținere trebuie legate prin conductoare de protecție
la pământ.
6.La proiectarea bateriilor de condensatoare cu unitați care au impregnant toxic și poluant, se vor
lua urmatoarele măsuri:
ușa de acces la condensatoare se va prevedea cu un indicator de avertizare, din care sa
rezulte pericolul prezentat de impregnantul toxic și nebiodegradabil;
precizarea măsurilor de protecție a muncii care se referă la manipularea și de pozitarea
condensatoarelor care prezintă scurgeri de impregnant, la curațarea condensatoarelor
acoperite cu impregnant, precum și la regulile care trebuie respectate în scopul
prevenirii eventualelor îmbolnăviri, ca urmare a patrunderii substanței toxice î n
organism;
dotarea bateriilor de condensatoare cu materiale necesare respectării igienei muncii.
61
Capitolul .4 Instala ția de compensare automata a factorului de putere. Model
practic
4.1. Generalitați
Introducerea compensării factorului de putere este una din masurile tehnice de îmbunătățire a
funcționării instalațiilor electrice care atrage dupa sine urmatoarele avantaje:
o Reducerea facturii de energie electică prin eliminarea consumului de energie reactivă și
reducere consumului de energie activă.
o Creearea de rezervă de putere activă prin descărcarea transformatoarelor de putere si a
cablurilor
Deoarece încărcarea instalațiilor electrice prezintă fluctuații în decurs de 24 ore c ật și în decursul
unei săptăm ậni calendaristice, rezultă că și numărul de c ondensatori în funcțiune trebuie să fie
variabil cerespunzător puterii reactive de compensat.Acesta se realizează prin constuirea de
baterii de condensatori în trepte cu conectare automată de un regulator cu microprocessor.
Regulatorul primește informații asupra decalajului dintre curentul si tensiunea instalației de
compensate în funcție de care conectează si deconectează treptele de condensatori prin
comparare cu decalajul prescris ( cos j ). Regulatorul afișaza în permanență valoarea factorului
de putere instantaneu si este prevăzut cu bloc de autodiagnoză și semnalizare a stărilor anormale
de funcționare apărute.
Condensatoarele sunt realizate în structură trifazică, uscate, ecologice, în carcasă antimagnetică
avand incluse rezistențe proprii de descărca re. În caz de străpungere, în prima fază se autorizează
defectul fapt care diminuează capacitatea condensatorului iar la defecte mai mari se
autodeconectează. Din proiectare însa se prevede tensunea normal mai mare ca tensiunea de
regim.
Contactoarele sun t specialzate pentru sarcini capacitive de lungă durata cu sisteme de proiecție a
contactelor principale.
62
La solicitarea beneficiarilor, specialiștii noștri efectuează expertizarea instalației și
dimensionează bateria automată de condensatori.
Societatea n oastră are în fabricația curentă baterii de condensatorii tipizate intern, cu puteri
încep ậnd de la 25 kVA p ậnă la 400 kVA.
Tot aparatajul folosit este de înnaltă fiabilitate, realizat după standardele CEE și Comunitătii
Europene sub agreement ISO 9001, ex ecuția echipării si montajul în instalația beneficiarului
fiind realizată de Societate noastră în regim de asigurarea calității.
Calculele arată că investiția făcută se amortizează in maximum 8 -11 luni.
Instalația de condensatoare
se compune din condensatoare,
contactorul pentru conectarea
condensatoarelor, siguranțe
fuzibile, rezistențe de descărcare
a sarcinii electrostatice a
condensatoarelor după deconectarea
acestora de la rețea, regulatorul
de putere reactivă.
Dacă sarcina reac tivă este
variabilă în timp, se prevăd
baterii de condensatoare
comutabile automat si fracționabile
în trepte de putere(uzual în număr
de 6 …12trepte) – figura 4.1
Regulatorul de putere reactivă controlează
puterea consumată pe baza unor măsurări de cur ent și tensiune și compară datele primite cu
valorile setate. El comandă astfel instalația de condensatoare încât să se cupleze sau decupleze
succesiv puterea reactivă necesară; programele de optimizare reacționează rapid la abateri mari
63
între valoarea imp usă și cea existentă și mai lent la abateri mici, pentru evitarea apariției unor
comutări oscilante.
Analiza tehnico -economică a compensării puterii reactive. Eficiența economică a
compensării puterii reactive se pune în evidență prin metoda cheltuielilor totale actualizate.
Alegerea variantei optime si de dezvoltare în timp a instalațiilor pentru compensarea puterii
reactive în instalațiile consumatorului se face prin compararea cheltuielilor totale actualizate
pentru fiecare variantă (mijloace naturale, surse specializate, soluții de amplasare), analizându -se
situația fără compensare (corespunzătoare factorului de putere natural) si soluțiile de compensare
la diferite niveluri ale factorului d e putere (ce includ si factorul de putere neutral). Principiul
metodei constă în faptul că o sumă de bani, cheltuită în ani diferiți, are valori diferite la nivelul
economiei societății. Metoda este descrisă si exemplificată în prescripția PE 120. La consu matori
de puteri mici, cu rețele de joasă tensiune, calculele de eficiență se pot analiza pentru o perioadă
scurtă de timp, de ex. de un an.
Cheltuielile anuale de calcul Zj într-o variantă j se exprimă prin relația
în care Cj sunt cheltuielile anuale pentru pierderi de putere, energie si amortizări în variant j,
-coeficientul normat de amortizare ( =0,08 pentru ramura energetică); Ij – investițiile totale
pentru instalația de compensare și conexe, în varianta j.
Soluția optimă definește factorul de putere optim și corespunde variantei pentru care
cheltuielile anuale de calcul sunt minime – optimum -min Z j.
Pentru a realiza modelul practic a Instalației automate a bateriilor de condensatoare
am folosit următoarele componete:
cutie metalică sau dulap metalic Alfa -System, care asigură gradul de protecție IP 30 (pentru
varianta de interior) respectiv IP 54 (pentru varia nta de exterior);
contactoare trifazate pentru sarcini capacitive cu rezistențe de limitare a curentului;
condensatoare trifazate reactive cu rezistențe de descarcare;
regulator automat de putere reactivă;
bloc de protecție la scurtcircuit;
sistem de ventilatie (pentru varianta de exterior);
64
circuit de termostatare (pentru varianta de exterior);
întreruptor automat general (optional);
circuitele electrice interioare realizate cu conductoare din cupru izolate;
presgarnituri pentru intrarea /iesirea cablurilor de alimentare .
Descrierea componentelor:
4.2. Cutie metalică
Produsul este destinat protecției diverselor echipamente electrice de joasa tensiune
împotriva factorilor atmosferici externi, a factorilor mecanici și protecției persoanelor împotriva
șocurilor electrice prin atingere directa.
1 carcasa metalica
2 contrapanou (suport aparate)
3 borna exterioara PE / PEN
4 balama metalica (deschiderea usii 110°)
5 garnitura de etansare
6 usa
7 incuietoare pentru inchidere / deschidere r apida
8 capac (copertina la cerere)
9 accesorii de fixare
65
Caracteristici Tehnice:
dimensiuni de gabarit conform tabel
grade de protectie: IP 54
(optional IP55, IP 65)
grade de protectie contra impacturilor mecanice
din exterior: IK 07, IK 09, IK 10
sarcina statica maxima: in interiorul
produsului 300 kg
pe usa
produsului 50 kg
acoperire carcasa / usa vopsea standard RAL 7035
Variante constructive:
În funcție de locul de montaj, cutiile se realizează în două variante:
de interior – cutia este realizată din tablă de oțel vopsită î n câmp electrostatic cu vopsea
gri RAL 7035 (varianta standard)
de exterior – cutia este realizată din tablă de oțel zincat vopsită în cî mp electrostatic cu
vopsea gri RAL 7035 (varianta standard) .
În ambele variante contrapanou l (suport aparate) se realizează din tablă de oțel zincată
nevopsită , grosimea 2 – 2,5 mm, pentru varianta standard sau din tablă de oțel vopsită,
grosime 3 mm, vopsită cu vopsea al bă RAL 9010 .
66
loc de montaj interior / exterior
grupa de clim at în aer liber, conf. SR HD 478.2.1
S1:2002: WDr / CT (climat moderat – cald uscat /
temperat rece)
WDa / CT (climat moderat – cald umed /
temperat rece)
temperatura mediului ambiant în timpul
utilizării: -5°C ÷ +40°C / -25°C ÷ 50°C
temperatura mediului ambiant în timpul
transportului, depozitării si montării -25°C ÷ +55°C
temperatura ambiantă medie în 24 h + 35°C
temperatura maximă în 24 h + 70°C
umiditate relativă maximă a mediului:
– pentru produse de interior
– pentru produs e de exterior – 50% la +40°C sau 90% la + 20°C
– 100% la + 25°C
altitudinea maximă: 2000 m
gradul de poluare: 3
Proiectarea unei cutii metallice:
67
Tabelul 4.1 Pot fi fabricate și cutii metalice de alte dimensiuni cum ar fi :
Poz. H (mm) L (mm) A (mm) Masa
(kg)
01 300 300 200 6,5
02 400 300 200 8,0
03 400 400 200 10,5
04* 450 400 150 10,5
05* 450 400 200 11,5
06* 450 500 200 15,5
07 500 300 200 10,0
08 500 400 200 12,5
09* 600 400 150 13,5
10* 600 400 200 14,5
11* 600 500 150 18,5
12* 600 500 200 19,5
13 600 500 300 22,0
14 600 600 200 23,0
15 650 500 250 22,0
16 750 400 250 21,0
17 750 500 250 25,0
18 800 500 200 26,5
19 800 600 200 31,0
20 800 600 300 34,5
21 900 500 250 33,5
22 900 600 250 38,5
23 1000 500 200 34,5
4.3. Contactoare
Criterii pentru selectarea contactoarelor potrivite:
a) Contactoarele folosite la un sistem ar trebui să corespundă complet normelor
IEC/EN60947 -4-1
b) Ar trebui să aivă temperatoura operațională de 500C ( o rată mai mare de 500C pậnă la
700C ar trebui sa fie redusă cu un procentaj egal cu diferența de temperatură ambiantă si 500C )
68
c) Este recomandat sa subestimăm contactoarele cu cel puțin 10%
d) Contactoarele ar trebui limitate la mai puțin de 120 de cic luri pe oră av ậnd un termen
de functionare predeterminant de 200000 cicluri
e) Inductanțe de limitare eficiente ar trebui incorporate
f) Luate în considerare ar trebui timpul de descărcare a comdensatoarelor și releurile
reactive de control ar trebui înt ậrziate destul de mult înc ật să asigure că condensatoarele sunt
suficient de descărcate înainte de a fi reconectate.
Contactoarele în timpul transmisiei de închidere sunt influnțate de curent de fregvență înnaltă
amplitudini înnalte. Fregvențele acestor cu renți oscilează între 1 si 10kHz, amplitudinile trebuie
să aivă valori mai mici dec ật maximul curentului permis pentru ca contactorul să fie folosit.
Dacă condițiile nu pot fi verificate este necesară folosirea inductanțelor limitate sau a
folosirii unuor întrerupătoare de condensator special.
Contactoarele Lovato sunt proiectate special
pentru pornirea și oprirea condensatoarelor și sunt
echipate cu contacte care introduce rezistențe pentru
a limita curentul conectat de condensatoare pentru
un interval foarte scurt ( 2 -3ms ) în timpul închiderii
contactorului.Aceste rezistențe sunt deconectate de la
circuit odată ce contactorulu este oprit după care
capacitatea curentului rămas în condensato are
este dispersată prin contactele principale ale
contactorului, condensatoarele si rezistențele
asigur ậnd o durată de viață mai lungă și form ậnd un
sistem de încredere. Fig.4.1 Schema comtactorului LOVATO
69
Contactor LOVATO BF 25.00
Voltajul adims : 440V,50Hz trei faze
Protecție internă : -amortizare automată a curentul ui dielectric
-siguranță electric ( pe fiecare element )
-dispozitiv de deconectare automat la suprapresiune (pe fiecare
element )
Toleranță : ±5% capacitate
Max. supravoltaj admis : 1,18Un continu ( 24h/24 )
Max. supracurent admis : 2,0In
Factorul de pierdere : <0,3W per kVar
Temeratura de operare : -400C-550C
Clasa de izolație : 6kV pe mint la 50H ( 25kV 1.2/50mμS la undele de șoc )
Rezistențe de descarcare : incorporată ( <50 într -un minut )
Standarde : IEC60831 -1 and 2
EN60381 -1 and 2
NFC54108 -9
CSA22 -2No.190
UL810
70
Tabelul 4.2 Tipuri de contactoare
4.4. Regulatorul automat
Capacitatea de a performa calculele complexe indiferent de puterea reactivă, permite schimbarea
rapidă a grupurilor de condensatoare, intr -o manieră explicit,rezult ậnd în reducerea drastic a
operațiilor și folosirea lor omogenă.
Înafară de indicarea instantanee a factorului de putere ecran ul digital pe bază de leduri
mai și include:
Voltaj
Curent
ΔkVAr ( indic ậnd puterea reactivă necesară pentru a corecta valoarea
prestabilită )
O alarmă configurată indică urmatoarele:
Supravoltaj / subvoltaj
supracurent / subcurent
supracompensare / subcompensare
71
Tendința este să marcheze sistemul de aprovizionare cu întrerupătoare automate și lumini pilot.
Această tendință ar trebui complet descurajată întru -cật metoda cu întrerupătoare suprascrie
întậrzierea de siguranță ale releului de control ( c are este capabil să facă aceleași funcții ) și
expun contactori la un stress care nu este necesar și o situație cu un potențial de pericol destul de
ridicat c ậnd sunt operate inadegvat cu condensatori încărcați.
Fig.4. 2 Schema Regulatorului automat
Regulatorul automat DCRE5
Caracteristice tehnice DCRE5 – DCRE7/12
Alimentarea circuitului
o Tensiunea de alimentare Ue 380-415 VAC
o limitele de operare -15%…..+10% Ue
72
o Fregvența nominală 50-60Hz ( se configurează automat )
o puterea maximă consumată 5,4VA – 2,6 VA
Limita curentului
o Curentul nominal Ie 5A
o Limitele de poerare 0,125………5,5A
o Capacitatea de supra ậncărcare 1,1 Ie
o Max. supra ậncărcare 10 ∙ Ie 1s
Citirea și raza controlului
o limita de citire a tensiunii -15%…..+10% Ue
o limita de citire a curentului 2,5……110% Ie
o înregistrarea te nsiunii/curentului nominal True RMS
o ajustarea factorului de putere 0,85 inductiv – 0,95
capacitiv
o timpul de reconectare a aceiași trepte 5 – 240 sec
o sensibilitatea comutării 5 – 600 sec
Releu de ieșire
o Numărul de ieșiri
( 1x izolat poate devein releu de alarmă ) 5 – 7 sau 12
o Aranjarea contactelor 1x NO
o prima capacitate nominal 5A – 250V(AC1)
o tensiunea nominală de operare 250VAC
o tensiunea maximă de comutare 440VAC
Model
o versiunea Flush Mounti ng
o dimensiuni 96x96x62mm 144x144x32mm
73
Setarea regulatorului automa t:
-seteaza unitatea în modul manual și apasă cheia mode pentru 5 sec consecutive;
-sintagma set este vazuta pe display pentru a confirma accesul parametrilor în meniul principal;
-acceseaza comanda man/aut pentru intrarea parametrilor pe secvente;
-acceseaza obtiunea mode pentru a te intoarce la parametrii anteriori;
-apasă“sus” și “ jos” (tastele directionale) pentru a vizualiza și a schimba setarile pentru
parametrii s elecționati. Dacă nu e apas ata nici o tasta( cheie, comandă ) pentru cateva secunde, se
afișiaza încă odată parametrii pe display .
-set-up exit este ultima operaț ie pentru care ultimii parametri sunt evaluțti.
4.5 Siguranțe automate
În instalația automată am folosit două tipuri de siguranțe :
1-TARCON C60N -2 poli
2-CHNT UB -3poli
74
Siguranțele automate se utilizează la protecția circuitelor electrice de suprasarcini,
prevenirea defecțiunilor cauzate de scurtcircuite. Asigură respectare a normelor de securitatea
muncii și protecția mediului.
Declanșarea poate fi realizată cu bimetal (la suprasarcini), declanșator instantaneu
electromagn etic (scurtcircuite) sau manual. Acționarea polilor se face în același timp.
Siguranța automată TARCON C60N:
Date tehnice:
Tensiune nominală de lucru: 230 / 400 V AC
Clasă de selectivitate: 3
Fiabilitate electrică: min. 6000 acționări
Fiabilitate mecanică: min. 20000 acționări ,carcasă rezistentă la șocuri și radiați
Date dependente de temperatură
Sarcina maximă admisă pe siguranțe scade în raport cu temperatura mediului.
Când se face dimensionarea sigur anțelor, în situația în care se montează mai multe siguranțe u na
lângă alta într -un tablou, trebuie luat în calcul creșterea temperaturii din interiorul tabloului.
De exemplu: Sarcina maximă la o siguranță cu curentul nominal de 16A (In= 16A) poate fi de
17,9A la 20 ˚C, la 40 ˚C sarcina este chiar sarcia nominal de 16A iar la 60 ˚C valoarea sarcinii
scade la 13,9A. Temperatura de referință la siguranțe este de 40 °C .
Siguranța automată TARCON C60N -2 poli
75
Recomandat pentru protectia echipamenteleor și instalațiilor electrice la suprasarcină sau
scurtcircuit. Dis junctoarele CHINT sunt fiabile și au o durată de viața lunga de până la 4000 de
cicluri ON/OFF viața electrică ș i peste 10,000 de cicluri de viața me canică.
Siguranța automată CHNT UB :
Siguranță automată CHNT UB -3poli
Date tehnice :
Viata mecanica : 10,000 Cicluri
Viata electrica: 4000 Cicluri
Test dielectric de tensiune 1Min: 2KV
Tensiunea nominal a : 240/415V
Temperatura de stocare: -25 / +70 Celsius
Temperatura de lucru: -5 / +40 Celsius
Sistem de fixare: Sina DIN 35MM
Pentru uz: Industrial
Numarul de Poli: 3Poli
Grad de poluare: 2
76
Frecventa nominala (Hz): 50/60Hz
Factor de protectie: IP20
Curent nominal (A): 25A
Cod produs: DZ47 -60
Capacitatea nominala de rupere (A): 4500A
4.6 Condensatoare
Tradițional condensatoarele pentru facotorul de putere sunt alcatuite din înfășurări de
polipropilenă metalizată cu o singura faza amplasată într -un cilindru de plastic și impregnate în
rășină.
Aceste cilindre sunt cuplate în formație delta pentru a oferi un sistem de 3 faze si pus într -o cutie
subțire metalică care oferă p rotecția necesară în cazul unei explozii datorată unui stres prea mare
asupra condensatorului datorat expunerii la supravoltaj, efecte harmonice și supra încălzire.
Acest sistem de condensatoare nu ia supraîncălzirea în considerare ( fiind unul din cei
mai importanți factori pentru durata de viață unui condensator). Condensatoarele au pierderi de
putere de ± 0,05% ( 0,5 wați pe kVAr ) ceia ce înseamnăca un condensator de 60 kVAr ar avea o
pierdere de ± 30 wați de căldură generată în interiorul condensator ului temperaturile pot atinge
15-200 C mai mare dec ật temperature ambiantă la care sunt expuse, micșor ậnd drastic viața
condensatorului.
Folosirea condensatoarelor de 440V este recomandată, care în general reglează
supravoltajul din sistem datorită prezen ței unde armonice. Cu acestă în evect se permite un
supravoltaj de 20% fară să existe efecte negative asupra condensatorului.
În sistemele de 400V condensatoarele pnetru kVAr trebuiesc calculate cu grijă, deoarece
rata de kVAr este puțin mai mică c ậnd sun t folosite condensatoare de 440V
Criterii de selectare a condensatoarelor
a) Să aibă 440V ( în aplicații cu voltaj scăzut )
77
b) Toate condensatoarele folosite într -un sistem ar trebui să fie în corespondența cu
cerințele IEC60831 -1/2 și CEI -EN60831 -1/2
c) Să aivă o toleranță de -5/ 10%
d) Să poată lucra la o temperatură de cel putin 500C
e) Să poată oferi o toleranță la supravoltaj de cel puțin 1,15Un
f) Să poată orefi o toleranță permanent la supracurent de cel puțin 1,7In
g) Condensatoarele ar tre bui să ofere deconectare la suprapresiune eficientă
h) Condensatoarele ar trebui prevăzute cu rezistențe de descărcari, reduc ậnd eficient
voltajul de la terminal cu mai puțin de 50V în mai puțin de 1 minut.
i) Să incorporeze rezistențe independente inter ne
Includerea rezistențelor interne nu anulează necesitatea rezistențelor externe sau a dispozitivelor
de siguranță cum ar fi întrerupătoarele..
Condensatoarele sunt puse la 440V pentru a absorbi supravoltajele în sistem tatorate pezenței
armonice ( fiind din ce în ce mai prezente în ziua de azi ). Acestea absorb încă 10% din
supravoltaj peste 10% din toleranța.
Tabelul 4.3 Factori principali care afectează durata de funcționare a condensatorului
78
Dielectric este din folie de polipropilenă , electrozii consta într -un strat de metal extrem de
subțire , obținut prin evaporare în vid .
Carcasa și capacul sunt realizate cu material plastic de auto -stingere, elementul capacitiv este
sigilat cu rasina poliuretanica .
Principalele caracteristici ale acestor condensatoare sunt:
– Pierderi reduse de non-inductiv lichidare
– Auto -vindecare proprietate evitarea scurtcircuitelor
– Dimensiuni mici și greutate limitată
– Nr scurgerilor de risc .
– Clasa de protecție a securității : P0
Condensatori DUCATI
79
Amplasarea condensatorilor DUCATI în cutia metalică
Tabelul 4.4 Caracteristicile generale la condensatorii Ducati
SERIA MODULO10 -416.70 MODULO25 -416.37
Frecvența nominală 50 Hz – 60Hz 50 Hz
Toleranța capacității -5 +10% –5+10%
Piederi dielectrice ≤ 0.3W/kVAr ≤ 0.3W/kVAr
Altitudine ≤ 2000m ≤ 2000m
Funcționare Continuă Continuă
Gama de tensiune 230 ÷ 450V 230 ÷ 1000V
Gradul de protecție IP 30 (IP 54 la cerere) IP20 (IP54 la cerere)
Tensiunea de testare (AC)între
terminale 2.15 Un x 2” 2.15 Un x 2”
Rezistența de sarcină Internă (75V după 3 min) Externă (50V după 60”)
Tensiunea de testare între
terminale și carcasă 3kV x 10” (Un ≤ 660V)
6kV x 10” (Un > 660V) 3kV x 10” (Un ≤ 660V)
6kV x 10” (Un > 660V)
Clasa de temperatură -25/D -25/D
Terminale 3 X M5 Terminale cu șurub
Curentul maxim de vârf 100 In 100 In
Suprasarcină I n 2 x In 2 x In
Clasa de viață ≥ 80000 – 25/D
≥ 100000 – 25/C ≥ 80000 – 25/D
≥ 100000 – 25/C
Standarde IEC 831 – 1/2 IEC 831 – 1/2
80
Tabelul 4.5
În tabelul 4.5 ne este prezentat caracteristicile tehince și dimensiunele condensatorului DUCATI
care l -am folosit în instalație .
81
4.7 Măsurători efec tuate în cadrul instalației
Fig.4.3
Fig 4.4 . Curenții absorbiți pe cele trei faze
L12 (V)400
350
300
250
200
150
100
50
0L23 (V)400
350
300
250
200
150
100
50
0
15:0:0 14:59:30 14:59:0 14:58:30 14:58:0 14:57:30 14:57:0 14:56:30 14:56:0 14:55:30 14:55:0L31 (V)400
350
300
250
200
150
100
50
0
L1 (A)2.8
2.6
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0L2 (A)2.8
2.6
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
15:0:0 14:59:30 14:59:0 14:58:30 14:58:0 14:57:30 14:57:0 14:56:30 14:56:0 14:55:30 14:55:0L3 (A)2.8
2.6
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
82
Curenții absorbiși pe cele trei faze:
14:55:15 – cuplare motor
14:55:30 -cuplarea bateriei 1
14:56:10 -cuplarea bateriei 1 și 2
14:56:40 -decuplare voită
14:57:30 -cuplare baterie 1
15:00 -decuplare totală
Fig.4.5. Evoluția puterii active
Active Pow er Avg
15:0:0 14:59:30 14:59:0 14:58:30 14:58:0 14:57:30 14:57:0 14:56:30 14:56:0 14:55:30 14:55:0Total ( kW)1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
83
4.6 . Evoluția puterii reactive
Fig 4.7. Evoluția factorului de putere
Reactive Pow er Avg
15:0:0 14:59:30 14:59:0 14:58:30 14:58:0 14:57:30 14:57:0 14:56:30 14:56:0 14:55:30 14:55:0Total ( kVAR)1.9
1.85
1.8
1.75
1.7
1.65
1.6
1.55
1.5
1.45
1.4
1.35
1.3
1.25
1.2
1.15
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
PF Avg
15:0:0 14:59:30 14:59:0 14:58:30 14:58:0 14:57:30 14:57:0 14:56:30 14:56:0 14:55:30 14:55:0Total (PF)0.6
0.58
0.56
0.54
0.52
0.5
0.48
0.46
0.44
0.42
0.4
0.38
0.36
0.34
0.32
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.2
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
84
4.8 Evoluția puterii aparente
Măsurarea putere ii active totale și factorului de putere total (P tot si PF tot)
Apparent Pow er Avg
15:0:0 14:59:30 14:59:0 14:58:30 14:58:0 14:57:30 14:57:0 14:56:30 14:56:0 14:55:30 14:55:0Total ( kVA)1.95
1.9
1.85
1.8
1.75
1.7
1.65
1.6
1.55
1.5
1.45
1.4
1.35
1.3
1.25
1.2
1.15
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
85
Măsurarea puterii active ,puterii aparente și factorului de putere
Evoluția Frecvenței :
86
Măsurarea armonicelor:THD -gradul de armonice total
87
Măsurarea puterii active,aparente și reactive:
88
Bibliografie
1. Seip, G. Siemens – Electrical Installations Handbook, part 2, cap. 7 Power -factor correction,
Ed. 2, 1987
2. Normativ pentru proiectarea si executarea instalaNiilor electrice cu tensiuni pâna la 1000 V
c.a. si 1500 V c.c. – indicativ I 7 -02, cap. 7.1
3. InstrucNiuni privind compensarea puterii reactive în reNelele electrice de distribuNie si la
consumatorii industriali si similari, indicativ PE 120
4. Prospect FRAKO – Reactive Power Control Relay Model RM 9606
5. Prospect SIEMENS – Power Factor Correction, Basic principles, practical application
harmonic suppression
6. Emil Simion, T. Maghiar, Electrotehnica, Editura Tehnica, Bucuresti, 1981.
7.Andrei C. Cziker, Mircea Chindris, Manag ementul energiei electrice. Aplicatii, Editura
Casa Cartii de Stiinta, Cluj -Napoca, 2004.
8. Dan Doru Micu, Andrei Ceclan, Metode numerice. Aplicatii in ingineria electrica.
Programe si algoritmi Mathcad, Editura Mediamira, Cluj -Napoca, 2007
9. Normativul I7/2002
10.MORANCEA, S., Instalatii electrice industriale, Editura Corvin, Deva, 2004
11.PETRESCU, Gh. S.a., Manualul inginerului electrician, Editura Tehnica, Bucuresti
12.COMSA, D., Proiectarea instalatiilor electrice industriale, E.D.P., Bucuresti, 1983
13.BALAURESCU, D., Îmbunatatirea factoruluii de putere, Editura tehnica, Bucuresti.
14.VAREL, Automatic power factor improvement equipment, 2004
15.www.e -lee.net
16.http://ro.traconelectric.com/product/75573
17.http://www.magazin.euro1.ro/1320 -chint -disju nctor -4p-63a-45ka -dz47.html
18.http://www.regielive.ro
19.http://www.tme.eu/dok/09_kondensatory_i_kwarce/4_16_10.pdf
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Capitolul 1 Soluții tehnice de compensare a puterii reactive ………………………….. ………………………….. …… 3 1.1. Factorul… [622484] (ID: 622484)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.