Probleme de compatibilitate [604709]

Universitatea Politehnica din București
Facultatea de Inginerie Electrică

Probleme de compatibilitate
electromagnetic ă la compensarea e nergiei
reactive

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

București
2020

Cuprins
1. Energia reactivă
1.1. Echipamentul
1.1.1. Introducere
1.1.2. Prezentarea echipamentului
1.1.3. Utilizare
2. Compensarea energiei reactive
2.1. Tipuri de energie
2.1.1. Energia activă, reactivă și aparentă
2.1.2. Factorul de putere
2.1.3. Îmbunătățirea factorului de putere
2.1.3.1. Bateria de condensatoare cu valoare fixă
2.1.3.2. Bateria de con densatoare automată
2.2. Scop
2.3. Alegerea tipului de compensare
2.3.1. Locația
2.3.2. Tipul de compensare
2.4. Prezența armonicilor la compensarea energiei reactive
2.5. Termeni folosiți pentru dispoz itivele de compensare
3. Regimul tranzitoriu și perturbările
3.1. Condiții de comutare tranzitorie
3.1.1. Cazul unei baterii normale (fixe)
3.1.2. Cazul unei baterii reîncărcabile (automate)
3.2. Rezonanță
3.3. Supraîncărcarea cu armonici
3.3.1. Cazul general
3.3.2. Supraîncărcarea filtrelor armonice
4. Protecția di spozitivelor
4.1. Curent de comutare
4.2. Rezistență termică a echipamentului ( dispositive de rupere ș i cabluri)

4.3. Alegerea și calibrarea dispozitivelor de protective pentru bateria
condensatorului
5. Informați i tehnice suplimentare
5.1. Corecția motoarelor asincrone
5.2. Corecția transformatoarelor
5.3. Secțiunea transversală a cablurilor
5.4. Alegerea protecției dispozitivelor
6. Concluzii
7. Bibliografie

Motivarea temei

1. Energia reactiva

1.1. Echipamentul

1.1.1. Introducere
Orice mașină sau dispozitiv inductiv (adică electromagnetic) care este alimentat în curent
alternativ transformă energia electrică primită de la sistemul de alimentare în lucru mecanic îi
căldură. Această energie este mă șurată cu contorul de energie activă (în kwh) și este denumită
energie activă.
În scopul realizării acestei conversii se produc câmpuri magnetice în mașini și aceste
câmpuri sunt asociate cu o altă formă de energie preluată din sistemul de alimentare, numită
energie reactivă. Această se datorează fapt ului că dispozitiv ul inductiv absoarbe ciclic energie de
la sistemul de alimentare (în timpul creării câmpului magnetic) și reinjecte ază această energie
în sistem (în timpul anulării câmpului magnetic) de două ori în fiecare perioadă a curentului
alternati v de alimentare. [1].
Energia produsă este măsurată cu controlul de energie activă (în kWh) și este denumită
energie activă. Pentru a se realiza conversia este nevoie de câmpuri magnetice în mașini. Ele sunt
asociate cu o altă energie care se află în si stemul de alimentare, care se numește energie reactivă
Energia reactivă apare datorită faptului că dispozitivul ind uctiv absoarbe ciclic energie de
la sistemul de alimentare și reinjecteaz ă această energie în sistem de două ori în fiecare perio ada a
curentului alternativ de alimentare.
Rotorul generatorului este încetinit pe durata unei părți a perioadei de alimentare și
accelerat pe cealaltă parte a acestuia. Acțiunea aceasta se numește cuplu pulsant și are loc doar la
alternatoarel e monofazate. Aceste efect este anulat mutual în cazul alternatoarelor trifazate,
deoarece energa reactivă de alimentare în una sau două faze este egală cu energia reactivă
returnată, dacă sistemul este echilibrat.
Component a reactivă a curentului de sarc ină nu absoarbe putere de la si stem. Aceasta
cauzează pierderi de energie în sistemele de transport și distribuție a energiei p rin încălzirea
conductorilor.

Din cauza pierderilor mari care se produc la nivelul transportului energiei electrice și
căderilo r de tensiune, trebuie redus curentul inductiv.
Creșterea tensiunii în sistemul de alimentare are loc din cauza cur entului capacitiv.
Puterea activă (P) se mai numește și putere reală, fiind definită că energia electrică care
este consumată într -o unitate de timp, de sarcini resistive. Această este energi a furnizată pentru
funcționarea unui motor, încălzirea unei case sau aprinderea unui bec.
Puterea activă nu poate fi alimentată dacă tensiunea dintr -un sistem nu este suficient de
mare. Se măsoară în kW.
Puterea reactivă (Q) este un termen pentru o energie imaginară, fictivă a sarcinilor inductive
cum ar fi sarcinile capacitive sau inductive. Se măsoară în kVAR. Puterea reactivă nu este inclusă
în puterea activă (reală). Această poate fi pozitivă sau negativă.
Puterea rea ctivă pozitivă (+Q) este cauzată de sarcini inductive cum ar fi motarele și
transformatoarele. Puterea reactivă negativă ( -Q) este produsă de sarcini capacitive. [2]
Puterea aparentă (S) este o cantitate convențională. Puterea aparentă reprezin tă maximul
puterii active la tensiune și curent impuse.

Fig. 1: Motor electric care absoarbe de la rețea putere activă și reactivă.

1.1.2. Prezentarea echipamentului

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

Fig. 2: Consumatori de energie care solicită energie reactivă .
Echipamentul folosit pentru compensa rea energiei reactive are rolul de a:
• măsura factorul de putere al sarcinilor lineare și non -lineare ;
• implement a soluții pentru compensarea sa ;
• evidenția măsura și reduce curenții de intrare care aparțin condensatorului ;
• evidenția supraîncărcări ale condensatorului (nerezonanți) asociați armonicelo r;
• implement a soluțiile asociate ;
• pune în evidență efectul lungimilor liniei asupra factorului de putere ;
• crește rapid rezultatul deplasării sarcinilor în defavoarea factorului de putere (cos ϕ).

Există multe consecințe asupra instalației:
– Creșterea consumului de putere;
– Supraîncărcarea întregii instalații (cabluri, transformatoare);
– Precauții luate pentru siguranță și protecție.
Echipamentul necesar pentru instalațiile folosite la compen sarea energiei reactive conține:
– încărcătură lineară folosită pentru instalarea factorului de putere;
– un radiator;
– un sistem pentru compensarea energiei reactive realizat de capacitor și controlat
de releul radiatorului;
– Un întrerupător static folosit pentru eliminarea curentului de intrare al
capacitorului;
– Un sistem non -linear folosit pentru evi dențierea fenomenului anti -rezonanță
referitoare la circulația armonicilor în condensator;
– Un dispozitiv corectiv cu bobina inductive anti -rezonanță;
– Manual tehnic. [3]

• Echip amentul folosit la compensarea energiei reactive:

Controler pentru măsurarea călduri i

Camera lămpilor cu haloge n

Fig. 3 : Centrul de comand ă.

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

• Echipamentul pentru compensarea energiei reactive r eprezintă o transformare a unei
instalații industrial electrice, care conține un set de sarcini representative:
– O sarcină alcătuită din 3 lămpi halogene de 500 W controlată de variatoare;
– O sarcină inductive L20=175 mH;
– O bobină inductiva anti -rezonanță L30=56 mH.

Cabina este echipată cu 3 capacitoare, fiecare având valoarea de 24.8 μF.
Parametr ii folosiț i pentru releu:
o În manualul de instalare:

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

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

1.1.3. Utilizare

Echipamentul are ca scop implementarea exercițiilor corespunzătoare realității industriale.
Ramura care se ocupă cu compensarea energiei reactive este utilizată pentru a:

o măsura factorul de putere la sarcini lineare și nelineare;
o implementa soluții pentru corectarea acestuia;
o evidenția , măs ura și reduce curenții de intrare care se află la pornirea condensatorului;
o evidenția suprasarcini ale condensatorului asociate cu fenomenul armonicilor;
o evidenția efectul armonicilor asupra factorului de putere.

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

2. Compensarea energiei reactive

2.1. Tipuri de energie

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

2.1.1. Energia activă, reactivă și aparent ă

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

2.1.2. Factorul de putere

Factorul de putere al unei sarcini, este format din unul sau mai mulți consumatori. În unele
cazuri se poate ca factorul de putere să creeze întreagă instalație.
Acesta este dat de rap ortul dintr puterea activă “P” și puterea aparentă “S” (kW/kVA).
𝐹𝑃=𝑃
𝑆
Factorul de putere este subunitar, ia valori între 0 și 1.
Atunci când se întâmplă ca și curenții și tensiunile să aibă formele de undă sinusoidale,
valoarea factorului de putere va fi cos ϕ .
Raportul dintre puterea reactivă și puterea activă va fi tg ϕ.
𝑡𝑔 𝜑=𝑄
𝑃
Cu ajutorul factorului de putere, putem afla care dintre energiile activă și reactivă este mai
mare. Dacă valoarea acestuia este mai apropiată de 0, energia activă este mai mare decât energia
reactivă, iar pierderile de putere și de tensiune cresc, iar dacă este mai apropiată de 1, se întâmplă
contrariul. Dacă intensitatea curen tului electric crește, odată cu această va crește și încălzirea
conductoarelor ceea ce duce la nevoia de a supradimensiona instalațiile.
Pentru calculul factorului de putere, se vor calcula puterile în funcție de tipul curentului
alternativ. Se va folosi d iagrama vecoriala a puterilor din fig. 4.
Pentu puterea activă P (kW) :
– monofazat (o faz ă și neutru): P = V I co s ϕ;
– monofazat (faz ă și faz ă): P = U I co s ϕ;
– trifazat (trei faze sau trei faze și neutru): P = U I co s ϕ.
Pentru puterea reactivă Q (kVAR):
– monofazat (o faz ă și neutru): Q = V I sin ϕ ;
– monofazat (faz ă și faz ă): Q = U I sin ϕ ;
– trifazat (trei faze sau trei faze și neutru): Q = U I sin ϕ .
Pentru puterea aparență S (kVA):
– monofazat (o faz ă și neutru): S = V I ;
– monofazat (faz ă și faz ă): S = U I ;
– trifazat (trei faze sau trei faze și neutru): S = U I.
– unde:
V = tensiunea între faz ă și neutru ;
U = tensiunea între faze ;

I = curentul în circuit ;
ϕ = defazajul între V și I .
– pentru sisteme echilibrate sau aproape echilibrate în cazul trei faze și neutru.
Legătur a dintre cele 3 puteri se poate scrie cu ajutorul formulei S2=P2+Q2.

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

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

Tab. 5 : Valori pentru cos ϕ și tan ϕ . [4]
2.1.3. Imbunatatirea factorului de putere

Consumul energiei reactive este atent monitorizat, datorită management -ului bun. În
prezent tarifele aplicate în Europa, încurajează beneficiarii să reducă consumul de energie reactivă.
Pentru ca valoarea notelor de plată la electricitate să fie redusă, se pot instala condensatoare
de compensare a energiei reactive la consumatori. Aceștia permit reglarea puterii reactive la o
anumită valoare, stab ilită prin contract cu furnizorul de energie.
Valoarea energiei reactive consumate se află cu ajutorul formulei:

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

2.1.3.1. Bateria de condensatoare cu valoare fixa

Compensarea poate fi efectuata si de o baterie de condensatoare cu valoare fixa. Pentru a
obtine un a numita treapta de compensare se pot folosi unul sau mai multe condensatoare. Comanda
se poate face:
– prin conectare directa la un echipament electric;
– semi -automat: prin contactor;
– manual: prin separator de sarcina sau intreruptor automat.
Montarea condens atoarelor se face:
– la bornele motoarelor si transformatoarelor;
– pe barele de distributie de la care se alimenteaza motoare mici;
– atunci cand nivelul sarcinii este constant.

Fig. 6: Baterie de condensatoare de valoare fixa .

2.1.3.2. Bateria de condensa toare automata
Cele mai folosite baterii de condensatoare, sunt cele in trepte , la care reglajul se face
automat.
Echipamentul de acest tip, monitorizeaza atent factorul de putere, mentinandu -l in limite
stranse. Controlul compensarii se face automat
Acest tip de baterii se monteaza in locurile in care sunt vizibile variatii mari de puteri active
si reactive, cum ar fi bornele cablului de alimentare sau barele tabloului general de distributie.
Adaptarea compensarii este imediata in cazul bateriilor de c ondensatoare automate.

Fig 7: Baterie de condensatoare in trepte, cu reglaj a utomat.

Bateria de condensatoare este compusa din mai multe sectiuni, fiec are fiind comandata de
un contactor. Capacitatea bateriei se poate modifica in trepte, datorita faptu lui ca atunci cand un
contactor se inchide, sectiunea corespunzatoare lui este ousa in parallel cu altele care sunt deja
conectate.
Pentru a se putea mnitoriza factorul de putere al unui circuit, se paote folosi un releu de
control, care este reglat sa in chida sis a deschida contactoarele,pentru ca valoarea factorului de
putere sa r amana constanta.
Avantajele pe care le are comutatia statica sunt:
– numar nelimitat de cicluri inchis/deschis;
– raspuns imediat la toate fluctuatiile factorului de putere;
– funct ionare silentioasa;
– eliminarea fenomenelor tranzitorii din retea la comutatia condensatorilor.

Posibilitatea de a se produce supratensiuni de sarcina redusa va fi evitata, din cauza
compensarii la valoarea apropiata de cea ceruta de sarcina. Astfel se redu c riscurile de defectare a
echipamentelor si a utilajelor.

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

Alegerea bateriei de condensatoare
Bateria de condensatoare cu valoare fixa se recomanda atunci cand puterea reactiva a
condensatoarelor are o valoare mai mica sau egala cu 15%. Pe ste 15% se recomanda o baterie de
condensatoare cu reglaj automat.
Condensatoarele de joasa tensiune care se afla intr -o instalatie reprezinta modalitatea de
compensare care poate fi globala (se instaleaza intr -un singur loc pentru intreaga instalatie),
sectoriala, locala (pentru fiecare dispozitiv) sau o sectorial si local.
Compensarea ideala, in practica , este aplicata in locul de consum, iar nivelul este in acord
cu valorile instantanee de put ere.

2.2. Scop

Energia reactiva produce consecinte atat tehnice cat si economice.
In figura 9, se poate observa influenta pe care o are, avand aceeasi putere P, aceea ca, o
valoare mai mare a puterii reactive Q, duce la o crestere a puterii aparente , in consecinta este nevoie
de un curent mai mare de alimentar e.

Fig. 9: Influenta puterii reactive.

Odata cu cresterea curentului de alimentare, circulatia energiei reactive in instalatie duce
la:
– supraincarcari ale transformatoarelor;
– cresterea tempe raturii cablurilor;
– pierderi;
– caderi de tensiune.
Din aceste cauze, energia reactiva trebuie produsa cat se poate de aproape de sarcini, pentru
a preveni eventualele pierderi de curent in retea. Acest fenomen este cunoscut sub numele de
compensarea factoru lui de putere .
Pentru a se reduce pierderile de putere aparenta in retea de la S2 la S1 (Fig. 10), trebuie
conectat un condensator care furnizeaza energie reactiva Qc.

𝑄𝑐=𝑃(𝑡𝑔𝜑2−𝑡𝑔𝜑1)

Fig. 10: Principiul compensarii factorului de putere.

2.3. Alegerea tipului de compensare

Valoarea economica pe care o are compensarea este masurata comparand costul instalatiei
bateriilor din condensatoare cu economia pe care o produce.
Costul bateriilor condensatoarelor depinde de mai multi fact ori:
– tensiune;
– puterea instalata;
– tipul controlului (automat, manual);
– nivelul de protectie;
– calitatea.

2.3.1. Locatia

• Compensarea globala
Bateria condensatorului este conectata la sfarsitul alimentarii instalatiei si furnizeaza
compensare pentru toate sarcinile. Acest lucru este bun atunci cand principalul scop este acela de
a elimina sanctiunile si de a nu supraincarca statia transformatorului.
• Compensarea locala

Bateria condensatorului este instalata la sfarsitul alimentarii sectiunii din instalatie care
doreste a fi compensat. Este util atunci cand instalatia este ampla si contine segmente cu diferite
conditii de sarcina.

• Compensarea individuala
Are loc atunci cand bateria condensatorului este conectata direct la fiecare terminal al
sarcinii induct ive. Metoda este luata in conside rare atunci cand puterea motorului este mare
comparativ cu cea ceruta. Este folosita pentru ca din punct de vedere tehnic este ideala, produce
energie reactiva in punctul in care aceasta este consumata si cantitatea acestei a este ajustata la
comanda.

2.3.2. Tipul de compensare

• Compensarea fixa
Intreaga baterie a condensatorului este controlata de un intrerupator “ON/OFF”. Pornirea
acesteia poate fi actionata manual cu ajutorul intrerupatorului, semi -automat cu contactoar e, sau
poate fi dependenta de terminalele motorului. Acest proces este folosit atunci cand puterea reactiva
este mica (<15% din puterea transformatorului) si sarcina este relative stabila.
• Compensarea automata sau “cu trepte”
Bateria condensatorului este i mpartita in trep te, cu posibilitatea de a pune un numar variabil
de trepte in circuit, actionate automat. Bateria este instalata la sfarsitul alimentarii distributiei de
joasa tensiune sau al unui sector important. Permite reglarea “pas -cu-pas” a energiei reactive.
Schimb area treptei si declansarea acesteia este controlata de un releu varmetric.

2.4. Prezenta armonicilor la compensarea energiei
reactive

Curentii armonici generati de dispozitivele electrice pot fi responsabile de supraincarcarea
condensato arelor.
Dispozitivele care folosesc componente electrice, cum ar fi GPS -urile, redresoarele,
folosite din ce in ce mai mult in circulatie , produc in retele curentii armonici. Armonicele
perturbeaza semnalul multor dispozitive. Condensatoarele sun t “sensibi le” la aceste armonici din
cauza scaderii proportionale a impedantei armonicilor deja prezente.
In anumite cazuri, fenomenul rezonantelor poate aparea, rezultand o distorsiune de inalta
tensiune si o supraincarcare a condensatorului.
Conform en ergiei pro duse de generatoarele de armonici, diferite tipuri de condensatoare
trebuie sa fie alese si asociate cu reactoarele.
Pentru valori mari ale generatoarelor de armonici, armonicile trebuie sa fie filtrate.
Dispozitivul potrivit pentru a filtra armo nicile rez olva atat compensarea energiei reactive cat si
functiile de filtrare ale armonicilor.

2.5. Termeni folositi pentru dispozitivele de
compensare

• Element condensator sau “recipient”
Dispozitiv confectionat din doi electrozi separate de un dielectric, inchis cu o carcasa de plastic.
Carcasa contine un dispozitiv de protectie impotriva erorilor care pot aparea la stricarea aparatului,
un dispozitiv pentru suprapresiune si o siguranta HBC care izoleaza elementul in cazul unei
defectiuni.
• Bloc condensator Varpl us M
Montarea a 3 sau 12 condensatoare configurate in blocuri trifazate. Este d isponibil in versiuni
standard sau de tip H , folosite in functie de nivelul de poluare al armonicilor.
• Sursa fixa a condensatorului de mare putere Varplus

Montarea blocu rilor condensato arelor Varplus M, fara o protectie a dispozitivului. Este disponibil
in versiuni standard, de tip H sau cu surse d ereglat e, folosite in functie de nivelul de poluare al
armonicilor.
• Sursa fixa a condensatorului Rectibloc
Montarea blocurilor conden satoarelor Varplus M, protejat de un intrerupator. Este disponibil in
versiuni standard, de tip H sau cu surse dereg late, folosite in functie de nivelul de poluare al
armonicilor.
• Sursa automata a condensatorului Turbovar
Montarea blocurilor condensatoarel or Varplus M, controlate de o intarziere a curentului.
3. Regimul tranzitoriu si perturbarile

3.1. Conditii de comutare tranzitorie

Condensatoarele reprezinta originea regimurilor tranzitorii si a perturbailor cum ar fi
curentul de intrare ridicat si comut area rapida a condensatoarelor, dar si rezonanta si suprasarcina
armonica.
Comutarea unei bater ii de condensator este insotita de curenti si tensiuni tranzitorii.
Aparitia unei su pratensiuni sau a unui curent mare, a caror amplitudine si frecventa depind de
caracteristicile retelei si de numariul bateriilor condensatorului.
Inductanta retelei din amonte este considerate pura, avand formula:
𝐿𝑎𝜔=𝑈𝑛2
𝑆𝑆𝑐=𝑈𝑛
√3𝐼𝑆𝑐;
Unde:
• Un – curentul nominal;
• Isc – curent de scurtcircuit simetric trifazat;
• Ssc – putere de scurtcircuit la punctul de conectare a condensatorului.

𝑆𝑠𝑐=√3𝑈𝑛𝐼𝑠𝑐
Conexiunea dintre di spozitivul de intrerupere (contactor, intrerupator) si bateria
condensatorului este de asemenea considerate inductanta pura.

3.1.1. Cazul unei b ateri i normal e (fixe)

Modelele corespunzatoare in campul rectifazei: putere inalta Varplus, Rectibloc.
Echival entul unei diagrame cu o singura faza este:

Fig. 11 : Diagrama simplificata a unui condensator cu baterie fixa.
Unde:
• La – inductanta retelei;
• L – inductanta conexiunii dintre dispozitivul de intrerupere si a bateriei condensatorului.
Expresia curentului de comutare de varf este:
𝐼̂𝑒=√2
3𝑈𝑛√𝐶
𝐿𝑎+𝐿.

3.1.2. Cazul unei baterii reincarcabile (automate)

Modelele corespunzatoare in campul rectifazei: Rectimat, Secomat, Prisma.
Echivalentul unei diagrame cu o si ngura faza pentru (n+1) trepte de condensatoare este:

Fig. 12 : Diagrama simplificata al unui condensator cu baterie in trepte.
Unde:
• La – inductanta retelei;
• L – inductanta conexiunii dintre dispozitivul de intrerupere si a bateriei condensatorului
(0.5 μH/m).
Varful curentului de comutare este atins atunci cand “n” pasi sunt in operatie si cand pasul
“n+1” este incarcat. Pasii din operatie sunt descarcati in pasul incarcat. Din cauza inductantei “L”
mici, curentul de comutatie este foarte mare si nu depi nde de inductanta retelei “La”.

Expresia curentului de comutare de varf este:
𝐼̂𝑒=√2
3𝑛
𝑛+1𝑈𝑛√𝐶
𝐿.
3.2. Rezonanta
Fenomenul rezonantei este responsabil de cele mai mari perturbari ale armonicilor in
reteaua de distributie si cauza majora a supraincarcarii compensarii condensatorului.
Urmatoarea diagrama simplificata reprezinta o instalatie care contine: un transformator de
alimentare, sarcini lineare, sarcini non -lineare generate de curentii armonicilor si corectia
condensato arelor.

Fig. 13: Diagrama simplificata a instalatiei.
Pentru analiza armonicil or, se foloseste urmatoarea diagrama:

Fig. 14: Diagrama echivalenta pentru analiza armonicilor.
Unde:
• Ls – inductanta de alimentare (retea + transformator + linii);
• C – capacitatea de corectie;
• R – rezistenta de incarcare liniara;
• Ih – generator de armonici.

Fenomenul descris se numeste “rezonanta paralela”.

Modulul impedantei vazut in functie de curentii armonici este:

Fig. 15: Modulul impedantei Z in functie de frecve nta.
Frecventa “ 𝑓𝑎𝑟” regleaza frecventa circuitului (Is + c). Atunci cand aceasta este atinsa,
modulul impedantei retelei este maxim si apar tensiuni inalte ale armonicilor. In zona in care
armonicile sunt amplificated, curentii armonicilor sunt mai mari decat fluxul curentilor armonici
introdus i in circuit (Is + C).

3.3. Supraincarcarea cu armonici
3.3.1. Caz general
Tensiunile armonicilor aplicate condensatoarelor au ca rezultat circulatia curentilor
proportionali cu frecventa armonicilor. Acesti curenti sunt res ponsabili de pierderile aditionale.
Tensiunile armonice sunt de asemenea cauza cresterii valorii de varf a tensiunii, amplificand
procesul de imbatranire al condensatorului.
3.3.2. Supraincarcarea filtrelor armonice
Scopul unui filtru armonic este de a transfera curentii armonici intr -un circuit cu o
impendanta mai mica, pentru a preveni scurgerea acestora in reteaua de alimentare.

Fig. 16: Diagrama simplificata a instalatiei cu filtru armonic.
Daca reteaua de alimentare are o deformare deja existent a (din cauza armonicilor care
genereaza sarcini conectate in instalatie), exista riscul ca filtrul sa se supraincarce.
Aceasta perturbare a tensiunii trebuie verificata cand se instaleaza filtrele armonicilor.
Echipamentul folosit pentru filtrele armonic e este echipat cu un dispozitiv de protective a
supraincarcarii.

4. Regimul tranzitoriu si perturbarile

4.1. Curentul de comutare
Valoarea curentului de varf a intrerupatorului unei baterii a condensatorului, poate fi foarte
mare, mai ales pentru o baterie au tomata cu treapta. In practica, bateriile condensatoarelor
automate pentru tensiuni scazute sunt echipate cu contactoare care detin un resistor care limiteaza
curentul de comutare.
Rezistorul este folsit pentru :
• a evita atingerea varfului curentului acce ptat de bateria condensatorului;
• a evita ingerea curentului de comutare maxim acceptabil pentru dispozitivele de
intrerupere;
• maresc durata de functionare a condensatoarelor.

4.2. Rezistenta termica a echipamentului (dispozitive d e
rupere si cabluri)
Fluctuatiile admisibile ale tensiunii fundamentale si ale componentelor armonice pot duce
la o crestere de la 30% la 45% a curentului In condensatoare.
Fluctuatiile datorate capacitatii condensatorului pot duce la o crestere suplimen tara de
15%. In cazul co ndensatoarelor de rectifaza, cresterea suplimentara scade pana la 5%.
Efectul cumulat de cele doua fenomene, duce la redimensionarea echipamentului pentru
curentii urmatori:
• 1.3 * 1.15 = 1.5 curent norminal al bateriilor condensatoarelor in general;
• 1.3 * 1.05 = 1.36 curent nominal in cazul unui tip standard sau a unei bobine protejata de
bateriile condensatoarelor aflate in rectifaza;
• 1.45 * 1.05 = 1.5 curent nominal in cazul rectifazei sustinuta de banci ale condensatoar elor.

4.3. Alegerea si calibrarea dispozitivelor de protective
pentru bateria condensatorului
Condensatoarele de joasa tensiune pot fi protejate de o siguranta sau de un intrerupator.
• Protectia unui intrerupator
Dispozitivul de protective trebuie sa fie sensibil la valoarea rms-ului cure ntului (inclusiv
armonicile).
• Tipul intreruperii
Intreruperile magnetice termine sunt ideale pentru aplicatie. Daca sunt folosite intreruperile
de tip electric, pragul de declansare trebuie sa fie fixat de 10 ori mai mult decat curentul setat
pentru a perm ite trecerea valorii de varf a curentului de comutare.

• Coordonarea intre rupatoarelor cu ajutorul echipamentului de corectie.
Pentru protejarea unei baterii a condensatorului de un intreruptor, sursa nu trebuie sa fie
dimensionata pentru acelasi curent de s curtcircuit ca si instalatia.
• Utilizarea dispozitivelor de curentu residual
La comutarea unei surse a condensatorului, curentii trifazati nu sunt echilibrati, chiar daca
suna acestora este 0. Acesti curenti sunt mari . In consecinta, este necesar ca centra rea lor sa fie cat
mai precisa , pentru a preveni asimetria sa provoace detectarea curentului pierdut si declansarea
problemelor.
• Protectia cu siguranta

• Protectia cablurilor
Cablurile de alimentare trebuie sa fie dimensionate la fel ca si dispozitivele de protectie si
control. Ele trebuie sa fie protejate impotriva scurtcircuitelor care pot aparea pe cabluri in cazul
unei avarii a condensatorului.

5. Informatii tehnice suplimentare

5.1. Corectia motoarelor asin crone
Atunci cand un motor detine o sarcina mare de inertie, dupa intreruperea tensiunii de
alimentare, continua sa se roteasca folosind energie cinetica si a fie auto -excitat de o baterie a
condensatorului montata la bornele acestuia.
Condensatoarele produc energia reactiva necesara pentru ca acesta sa functioneze ca un
generator asincron. Auto -excitatia are ca rezultat mentinerea tensiunii si uneori supratensiunile
mari.

Montarea condensatoarelor la terminalele motorului
Pentru evitarea supraincarcarilor periculoase cauzate de fenomenul de auto -excit are,
trebuie ca sursa de putere a condensatorului sa verifice ecuatia:
𝑄𝑐≤0,9√3𝑈𝑛𝐼0.
Unde:
• Io – curentul de descarcare (Io = 2ln(I -cosφ).

Fig. 17: Montarea condensatoarelor la bornele motorului.
Montarea in paralel a condensatoarelor cu mec anism separate de operare
Pentru evitarea supraincarcarilor periculoase in timpul auto -excitarii sau in cazurile in care
motorul porneste cu ajutorul unor comutatoare speciale ( rezistoare, autotransformatoare),
condensatoarele vor fi schimbate doar dupa po rnire.
Condensatoarele trebuie sa fie deconectate inainte ca motorul sa fie nealimentat. In acest
mod energia reactiva poate fi compensata cand motorul este incarcat complet.

Fig. 18: Montarea in paralel a condensatoarelor cu
mecanism separate de oper are.
5.2. Corectia transformatoarelor

Un transformator consuma o putere reactiva care poate fi determinata adaugand:
• o parte fixa care depinde de magnetismul curentului de descarcare Io;
• o parte care este aproximativ proportionala cu patratul puterii apa rente.
Toata energia reactiva consumata de transformator este:
𝑄𝑡=𝑄0+𝑄
Daca aceasta compensare este individuala, poate fi folosita la terminalele
actuale ale transformatorului.
Daca aceasta compensare este globala cu corectie de sarcina pe tabloul principal de
comanda , poate fi de tip fix cu conditia ca pu terea totala sa nu depaseasca 15% din puterea
nominala a transformatorului (altfe l se folosesc surse cu reglare automata).

5.3. Sectiunea transversala a cablurilor
Dimensionarea cablurilor tine cont de:
• curentii armonici + 30%;
• toleranta condensatorului + 15% redus la 5% pentru condensatoare in rectifaza.
Variatiile acceptabile ale tensiunii fundamentale si ale componentelor armonice pot duce
la o crestere a curentului de 30%. Variatiile datorate tolerantelor condensatoarelor duc la o crestere
a curentul ui de 15% din care 5% este pentru condensatoarele in rectifaza.

5.4. Alegerea protectiei dispozitivelor
Corectie fixa – Rectibloc
Este compus din condensatoare Varplus M montate intr -un dulap de montare pe perete sau
pe spatele unei structure metalice vopsite, ambele avand un intreruptor de circuit.

Corectie automata – Rectimat

Sursele condensatoarelor Rectimat 2 sunt echipamente automate de compensare sub forma
de carcasa conform clasificarii puterii.

BIBLIOGRAFIE

[1], [4] . Manualul insta latiilor electrice in conformitate cu standardele internationale CEI –
SCHNEIDER ELECTRIC
[2]. https://ctlsys.com/support/reactive_power/
[3]. Reactive energy correction – Institut Schneider Formation / MDG9AD162en / 11 -2000 / IE :
01

• http://www.elth.pub.ro/~cazacu/1.%20Suport%20Curs%20BE%20I -TR-
%20TET%202015/curs_Bazele%20 Electrotehnicii_TET.pdf
• Manualul insta latiilor electrice in conformitate cu standardele internationale CEI –
SCHNEIDER ELECTRIC
• http://elth.pub.ro/~petrescu/3.Transporturi%20 -%20IIA/Curs4.pdf