Solu ţ ii pentru limitarea nesimetriei în reţelele electrice de joasă tensiune

1. Soluţii pentru limitarea nesimetrieiîn reţelele electrice de joasă tensiune Ing. Valentina Barbu Prof.dr.ing. Nicolae Golovanov,  Ş.l.dr.ing. Radu Porumb

2. 1. Introducere Prezenţaregimuluinesimetricînreţeleleelectrice conduce la reducereanivelului de calitate a energieielectrice. Regimulnesimetricpoate fi: • temporar, dacăperturbaţia este determinată de defectesauregimuri de funcţionarecuduratălimitatăîntimp (scurtcircuitenesimetrice, întrerupere a uneifaze, defecte la consumatori etc.); • permanent, dacăreţeauaelectricăprezintăparametri de circuit diferiţipeceletreifazeînregim normal de funcţionare.

3. Regimul nesimetric permanent poate fi determinat de: • sarcinile inegale pe cele trei faze ale reţelei de alimentare de tensiune alternativă trifazată; • receptoarele monofazate repartizate inegal pe cele trei faze; • receptoare bifazate; • receptoare trifazate dezechilibrate; • impedanţe diferite ale liniilor electrice pe cele trei faze. Nesimetria tensiunilor determină reducerea puterii reactive furnizată de bateriile de condensatoare. Nesimetria curenţilor are ca principal efect producerea de pierderi suplimentare în reţelele electrice de transport şi distribuţie, precum şi în reţelele industriale, cu consecinţe negative asupra randamentului de transfer a energiei.

4. 2. Mijloace de limitare a nesimetriei O soluţie pentru limitarea nesimetriei este schema Steinmetzîn care se poate obţine atât simetrizarea consumului, cât şi asigurarea unui factor de putere unitar. • Utilizarea schemei impune însă ca: • mărimile să fie sinusoidale • tensiunile din sistemul de alimentare să fie simetrice • curentul electric prin conductorul neutru să fie nul • În cazul general al reţelei de joasă tensiune există: • conductor neutru • curent electric de secvenţă zero

5. Pentru început schema trebuie să fie completată cu un circuit de compensare, care să asigure eliminarea curentului electric prin conductorul neutru.

6. Elementele reactive Y10 = jB10 şi Y20 = jB20 conectate în circuitul trifazat caracterizat de consumuri diferite pe cele trei faze (Y1Y2Y3 ) trebuie dimensionate astfel încât curentul electric în conductorul neutru să fie nul. (1) sau (2) • Ecuaţiile (2) permit determinarea necunoscutelor B10 şi B20 : (3) (4)

7. Schema finală de compensare rezultă prin suprapunerea celor trei scheme de compensare Steinmetz. Fig.5 Diagramele fazoriale pentru schema Steinmetz de compensare cu L şi C, în cazul receptorului bifazat conectat între fazele 1 şi 2 (a); 2 şi 3 (b); 1 şi 3 (c).

8. Pentru fiecare dintre cele trei scheme, se determină valorile condensatoarelor Cfa , Cfb şi Cfc, astfel încât receptorul bifazat să fie caracterizat de un factor de putere unitar. • Valorile bobinelor şi condensatoarelor suplimentare introduse în schemă se determină pe baza relaţiei: (5) • Dacă elementele celor trei scheme din figura 4 (schemele b, c şi d) sunt realizate pe baza mărimilor calculate din relaţia (5), iar condensatoarelor Cfa , Cfb şi Cfc asigură realizarea unui factor de putere unitar pentru fiecare dintre cele trei receptoare bifazate, curenţii I1 , I2 şi I3 absorbiţi din reţeaua electrică de alimentare sunt simetrici şi în fază cu tensiunile corespunzătoare de fază

9. Schema din figura 6 poate fi simplificată prin însumarea elementelor reactive conectate în paralel. Realizarea schemei din figura 6 conduce la absorbţia din reţeaua electrică a unor curenţi simetrici şi în fază cu tensiunile aplicate.

10. 3. Studiu de caz • Pentru analiza soluţiei de simetrizare în cazul unui utilizator trifazat dezechilibrat, din reţeaua de joasă tensiune, s-a luat în consideraţie cazul concret al unui utilizator care, în funcţionare normală, absoarbe din reţeaua electrică de alimentare curenţii: I1 = 72j 34,871 A; I2 =  3,31 j 2,246 A; I3 =  9,789 + j134,645 A. • tensiunile la barele de alimentare sunt simetrice • factorul de putere, pe fiecare fază, este de 0,9.

11. În urma calculelor efectuate au rezultat valorile necesare pentru reactanţele care determină eliminarea componentei de secvenţă zero: B10 =  0,572 S; B20 =  0,296 S. • Admitanţele conexiunii în triunghi au valorile: Y12 = 0,431 + j 0,436 S; Y23 =  0,65 + j 0,057 S; Y31 = 0,139 + j 0,225 S • După simetrizarea schemei curenţii absorbiţi din reţeaua electrică de alimentare sunt simetrici, în fază cu tensiunea de alimentare şi au valorile: I1= 75,941 A; I2 =  37,971 j 65,767 A; I3 =  37,971 + j 65,767 A.

12. Curenţii pe cele trei faze au aceeaşi valoare efectivă de 75,941 A şi sunt în fază cu tensiunile de la barele de alimentare. • Simetrizareaschemei a necesitatconectareaurmătoarelorechipamente: L12= 64,849 mH; C12 = 1,677 mF ; L23 = 33,532 mH; C23 = 0,323 mF; L31 = 69,436 mH; C31 = 0,75 mF.

13. 4. Concluzii • Apariţia nesimetriei în reţelele electrice de joasă tensiune este determinată în special de încărcarea inegală a fazelor datorită receptoarelor monofazate, precum şi a receptoarelor conectate între faze. • O judicioasă repartizare a receptoarelor pe fiecare fază permite, de cele mai multe ori, limitarea nivelului de nesimetrie la valori admise.

14. Utilizatoriitrifazaţi care prezintăîncărcăriinegalepefazăşiînurmamăsurilororganizatoriceadoptate pot asigurasimetrizareasarcinii, odată cu realizareaunui factor de putereunitar, utilizând o soluţie de simetrizarebazatăpeschema Steinmetz • Schema utilizeazănumaielemente reactive, astfelîncât nu conduce la creştereapierderilor active • Încazulîn care sarcinapeceletrei faze variazăestenecesar ca elementeleschemei de simetrizaresă fie adaptateîn mod corespunzător • Astfel, schema trebuiesăcuprindăelementevariabile, cu posibilitateamodificăriivalorilorodată cu variaţiaîncărcăriifazelor

15. Vă mulţumesc pentru atenţie !