Transcript V. Barbu

Soluţii pentru limitarea nesimetriei
în reţelele electrice de joasă tensiune
Ing. Valentina Barbu
Prof.dr.ing. Nicolae Golovanov, Ş.l.dr.ing. Radu Porumb
1. Introducere
Prezenţa regimului nesimetric în reţelele electrice conduce
la reducerea nivelului de calitate a energiei electrice.
Regimul nesimetric poate fi:
temporar, dacă perturbaţia este determinată de defecte sau
regimuri de funcţionare cu durată limitată în timp (scurtcircuite
nesimetrice, întrerupere a unei faze, defecte la consumatori etc.);

permanent, dacă reţeaua electrică prezintă parametri de
circuit diferiţi pe cele trei faze în regim normal de funcţionare.

2





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.
3
2. Mijloace de limitare a nesimetriei
O soluţie pentru limitarea nesimetriei este
schema Steinmetz în 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
4
Pentru început schema trebuie să fie completată cu un circuit de
compensare, care să asigure eliminarea curentului electric prin
conductorul neutru.
5

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.
I 1  (Y 1  jB10 )  U 1 ;
I 2  (Y 2  jB20 )  U 2 ; (1) sau
I 3  Y 3 U 3 ;
Re[I 1 ]  Re[I 2 ]  Re[I 3 ]  0 ; (2)
Im[I 1 ]  Im[I 2 ]  Im[I 3 ]  0 .
I 0  I1  I 2  I 3  0 .

Ecuaţiile (2) permit determinarea necunoscutelor B10 şi B20 :
B20 
1
 Re[Y 1 ]  U1  Re[Y 2 ]  Re[U 2 ]  Im[Y 2 ]  Im[U 2 ] 
Im[U 2 ]
 Re[Y 3 ]  Re[U 3 ]  Im[Y 3 ]  Im[U 3 ] ;
B10  
1
 Im[Y 1 ]  U1  Im[Y 2 ]  Re[U 2 ]  Re[Y 2 ]  Im[U 2 ] 
Re[U 1 ]
 B20  Re[U 2 ]  Re[Y 3 ]  Im[U 3 ]  Im[Y 3 ]  Re[U 3 ] .
Y 1  Y 1  jB10 ;
'
(3) Y '2  Y 2  jB20 ; (4)
Y3 Y3 .
'
6
Schema finală de compensare rezultă prin suprapunerea
celor trei scheme de compensare Steinmetz.
1 2 3 I
1a
I3a
I2a
I
Cfa
1 2 3 I
2b
I1b
Y12
Y31
Y23
I3b
Y12
0
U23
1 2 3 I
1c
I2c
I3c
I
Ca
(a)
32
U2
U3
Cb
c)
2
I31c
b)
(c )
I1
Cfc
Y31
Lc
U3
I
I
(c )
3
U23
U31
(c )
2
(c )
I
(c) 12
I
31
0
(c )
I 23
U1
U2
I31c
d)
Fig. 4  Simetrizarea cu ajutorul schemei Steinmetz a sarcinilor bifazate.
2
1
U12
3
I12c
Cc
I23c
U1
(b)
(b)
I
31 (b) I 12
I
23
U2 I (b)
(b) 1
(b)
I
I2
3
U23
1
I23U23 ;
I1 = I12  I31 ;
I2 = I23  I12 ;
I3 = I31  I23 .
U31
0
Y23
(a)
2
a)
I12b
Cfb
U1
3
I23b
Lb
I31b
I
U12
2
b)
I23b
a)
(a) I (a)
3 I (a)
13
21
IAB1
1 2 3
U31
U3
I31a
La
I23a
I12U12 ;
I1 = I21  I13 ;
(a ) I2 = I32  I21 ;
I1
I3 = I13  I32 .
3
I12a
I31U31 ;
I1 = I12  I31 ;
I2 = I23  I12 ;
I3 = I31  I23 .
1
U12
c)
Fig.5  Diagramele fazoriale pentru schema Steinmetz de compensare cu
7 L şi C,
în cazul receptorului bifazat conectat între fazele 1 şi 2 (a); 2 şi 3 (b); 1 şi 3 (c).

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:
U
U
P
(5)


XC X L
3 U

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
8
1 2 3 0
I1a+I1b+I1c
I2a+I2b+I2c
Lb
Cc
Cfa
Y12
Cfc
I3a+I3b+I3c
Lc
Ca
La
Cb
Cfb
Y31
Y23
Fig.6  Schema de simetrizare a utilizatorului.
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.
9
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.
10
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.
11

Curenţii pe cele trei faze au aceeaşi valoare efectivă
de 75,941 A şi sunt în fază cu tensiunile de la barele de
alimentare.

Simetrizarea schemei a necesitat conectarea
următoarelor echipamente:
L12 = 64,849 mH;
C12 = 1,677 mF ;
L23 = 33,532 mH;
C23 = 0,323 mF;
L31 = 69,436 mH;
C31 = 0,75 mF.
12
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.
13

Utilizatorii trifazaţi care prezintă încărcări inegale pe
fază şi în urma măsurilor organizatorice adoptate pot
asigura simetrizarea sarcinii, odată cu realizarea unui
factor de putere unitar, utilizând o soluţie de
simetrizare bazată pe schema Steinmetz

Schema utilizează numai elemente reactive, astfel
încât nu conduce la creşterea pierderilor active

În cazul în care sarcina pe cele trei faze variază este
necesar ca elementele schemei de simetrizare să fie
adaptate în mod corespunzător

Astfel, schema trebuie să cuprindă elemente variabile,
cu posibilitatea modificării valorilor odată cu variaţia
încărcării fazelor
14
Vă mulţumesc
pentru atenţie !
15