Calitatea serviciului de alimentare cu energie electrica - siguranta in functionare

Notiuni introductive

Calitatea serviciului de alimentare cu energie electrica

Cuvantul calitate provine din latina „qualis”, care are intelesul de „fel de a fi”. Plecand de la acest inteles se cunosc peste 120 de definitii date conceptului de calitate, fara a se ajunge la un punct de vedere comun. Un punct de vedere mai larg acceptat in definirea calitatii il reprezinta „valoarea de intrebuintare”, care reprezinta totalitatea insusirilor care fac ca un produs sa fie util omului. O norma franceza defineste calitatea ca aptitudinea unui produs sau serviciu de a satisface necesitatile utilizatorilor.

Calitatea oricarui produs sau serviciu reprezentand o notiune extrem de complexa, se impune luarea in considerare a unui numar mare si variat de factori, dar in acelasi timp notiunea trebuie sa sintetizeze acele caracteristici care, in raport cu specificul produsului sau serviciului, au ponderi si semnificatii distincte.

Calitatea serviciului de alimentare cu energie electrica este determinata de urmatorii factori:

siguranta in functionare a instalatiei,

calitatea energiei electrice la punctul de delimitare dintre consumator si furnizor,

compatibilitatea electromagnetica a instalatiilor cu mediul in care functioneaza, in punctul comun de racord.

Siguranta in functionare

Prin siguranta in functionare (fiabilitate) se intelege aptitudinea unui dispozitiv sau a unei instalatii de a-si indeplini functia specificata in conditiile date, de-a lungul unei perioade de referinta date. Unii includ aici si conceptele de continuitate si de serviabilitate.

Printre principalii indicatori care caracterizeaza siguranta in functionare, respectiv continuitatea in alimentarea cu energie electrica a unui consumator, la punctul de delimitare de reteaua furnizorului, mentionez:

numarul anual (mediu/maxim) de intreruperi eliminate prin reparatii, respectiv prin manevre,

durata medie a unei intreruperi,

durata maxima de restabilire,

durata totala medie de intrerupere pe an.

Principalii factori care influenteaza continuitatea in alimentare a consumatorilor sunt:

fiabilitatea fiecarui element care intra in instalatiile electrice de alimentare,

configuratia schemei electrice si tratarea neutrului,

caracteristicile protectiilor prin relee (sensibilitate, selectivitate, rapiditate, siguranta in functionare),

existenta sistemelor automate de tip AAR, RAR si DAS,

calitatea exploatarii.

Intreruperile se pot clasifica dupa durata lor , respectiv dupa consecintele lor. In tabelul 1.1 sunt prezentate cauzele si efectele intreruperilor in alimentare si exemple de mijloace de asigurare a continuitatii in alimentare.

Tabelul 1.1

Cauzele si efectele intreruperilor in alimentare si mijloace de asigurare a continuitatii in alimentare

Natura	Origine	Efecte	Remedii
Intreruperi lungi (t>1min)	Furnizor: defecte permanente Cauze: atmosferice, protectii	oprirea productiei, dezorganizarea productiei, pierderi de produse, reducerea sigurantei in functionare	Furnizor: o retea mai densa, linii subterane, detectoare de defecte pe liniile aeriene Client: grupuri electrogene, dubla alimentare, surse de alimentare neintrerupta (SAN)
Intreruperi scurte Lucrare: Modificarea tamplariilor - infocad Eseu: Normativ pentru prevenirea si remedierea defectiunilor la imbracamintile rutiere moderne 1min>t>1s)	Furnizor: defecte semipermanente Cauze: cicluri lente de RAR pe LEA	similare cu cele de la intreruperi lungi, risc de distrugere a echipamentelor	Furnizor: similare celor de la intreruperi lungi Client: AAR pe dubla alimentare, SAN
Microintreruperi (t<1s)	Furnizor: defecte trecatoare pe LEA	Perturbatii ale sistemelor comandate de calculator, opriri ale proceselor tehnologice, stingerea lampilor cu descarcare in gaze	Furnizor: paratrasnete, linii subterane Client: protectia circuitelor de comanda si control, autoretinerea contactoarelor,  SAN

1.1.2. Calitatea energiei electrice

Prin indicator de calitate se intelege o caracteristica de apreciere cantitativa a proprietatilor unui produs, care este analizat sub aspectul indeplinirii cerintelor privind elaborarea, exploatarea sau consumul.

In ceea ce priveste energia electrica, scopul ideal urmarit de orice furnizor de energie electrica este de a pune permanent la dispozitia consumatorilor o tensiune alternativa sinusoidala, de frecventa si valoare efectiva mentinute intre anumite limite fixate contractual, egale pe cele trei faze ale retelei.

Sistemul de indicatori de calitate ai energiei electrice trebuie sa permita masurarea/estimarea nivelului de calitate intr-un anumit punct al retelei si la un moment dat, precum si compararea informatiei obtinute cu nivelul considerat optim sau cel putin tolerabil de majoritatea consumatorilor racordati la reteaua electrica respectiva.

In majoritatea tarilor, sistemul de indicatori ai calitatii energiei electrice este alcatuit din anumite caracteristici cantitative ale variatiilor lente (abateri) sau rapide (fluctuatii) ale valorii efective a tensiunii, forma si simetria in sistemul trifazat, precum si caracteristicile de variatie lenta/rapida ale frecventei.

In Romania nu exista pana in prezent un standard unitar de calitate a energiei electrice. O parte dintre parametrii care pot prezenta interes in definirea calitatii energiei electrice sunt definiti si normati individual, dupa cum urmeaza:

STAS 930 – precizeaza tensiunile nominale si abaterile admisibile ale tensiunii fata de aceste valori,

PE 124 – contine definiri si reglementari privind variatiile rapide si nesimetria tensiunii,

PE 109 – defineste supratensiunile si protectia instalatiilor impotriva acestora,

PE 142 – reglementeaza unele aspecte privind flicker-ul,

PE 143 – abordeaza probleme referitoare la regimurile nesimetric si deformant.

1.1.3.Compatibilitatea electromagnetica

Conform Vocabularului Electrotehnic International – VEI, prin compatibilitate electromagnetica se intelege aptitudinea unui aparat sau sistem de a functiona intr-un mod satisfacator si fara a produce perturbatii electromagnetice intolerabile pentru tot ce se afla intr-un mediu natural/artificial.

Utilizarea frecventa a electronicii de putere si a tehnicilor de comanda complexe ridica tot mai multe probleme de compatibilitate, respectiv probleme de influenta. Astfel deranjamentele care apar in instalatiile industriale pot fi adesea imputabile fenomenelor electromagnetice (in anul 1989, in Germania, 28,7% din totalul cazurilor care au provocat pagube in instalatiile electrice s-au datorat deranjamentelor de natura electromagnetica).

Mediul electromagnetic este determinat de ansamblul surselor de influenta electromagnetica existent intr-un spatiu dat. Valorile care caracterizeaza mediul electromagnetic pot fi exprimate sub forma unor marimi legate de curent si tensiune sau sub forma unor valori legate de camp (densitatea fluxului magnetic, intensitatea campului electric sau magnetic).

Sursele de influenta electromagnetica pot fi:

naturale: fenomene atmosferice: trasnete, descarcari electrostatice,

artificiale: fenomene care se produc in timpul exploatarii echipamentelor de producere, transport si utilizare a energiei electrice, cum ar fi:

procesele de anclansare si declansare,

radiatia circuitelor, respectiv a conductoarelor,

armonicile de joasa frecventa in retelele electrice,

nesimetriile,

schimbarile de potential.

Influenta instalatiilor electrice asupra mediului ambiant in care se afla (natural si artificial) se manifesta prin diferite forme de poluare: chimica, acustica, electromagnetica. Dar problema nu poate fi redusa numai la apararea mediului inconjurator impotriva poluarii fiindca ea cuprinde si problema asigurarii unui echilibru, pe de o parte, intre viata si activitatea oamenilor si, pe de alta parte, toate celelalte elemente vii si neinsufletite ale globului.

Din acest punct de vedere, cu cat un sistem electroenergetic va emite mai putine perturbatii intolerabile pentru alte sisteme si, in ultima instanta pentru mediul ambiant, cu atat mai buna va fi calitatea serviciului de alimentare cu energie electrica.

Spre deosebire insa de alte sectoare de activitate, calitatea serviciului de furnizare a energiei electrice depinde nu numai de furnizor, ci si de toti utilizatorii racordati la aceeasi retea electrica

Intr-adevar, relatiile de compatibilitate, care apar in cadrul mediului artificial electromagnetic se manifesta, pe de o parte, prin influenta instalatiilor furnizorului asupra instalatiilor consumatorilor, pe care ii alimenteaza cu energie avand variatii mai mari sau mai mici ale indicatorilor de calitate iar, pe de alta parte, prin influenta perturbatoare pe care o exercita unele receptoare ale consumatorilor asupra parametrilor si sigurantei in functionare a retelei furnizoare, capabila sa deregleze functionarea altor utilizatori cuplati la aceeasi retea.

Perturbatiile isi pot avea originea in reteaua:

furnizorului, datorandu-se unor incidente sau manevre gresite,

utilizatorului, datorita unor receptoare care functioneaza cu socuri, care produc nesimetrii sau care polueaza reteaua cu armonici (receptoare deformante).

Perturbatiile electromagnetice pot fi clasificate dupa mai multe criterii:

dupa frecventa:

de joasa frecventa – aceasta categorie cuprinde, in mod conventional, toate tipurile de paraziti, a caror gama de frecventa este ≤1 MHz,

de inalta frecventa: >1 MHz,

dupa modul de propagare:

conduse prin conductoarele retelei – sunt perturbatii caracterizate prin curent si diferenta de potential,

radiate (in aer) – sunt perturbatii caracterizate prin camp electric si magnetic,

dupa durata:

permanente sau intretinute – afecteaza in special circuitele analogice,

tranzitorii (aleatorii si periodice) – afecteaza mai ales circuitele numerice.

In general, perturbatiile susceptibile sa influenteze direct reteaua electrica, deci calitatea energiei furnizate prin conductoare electrice consumatorilor, sunt perturbatiile de joasa frecventa produse de fluctuatii de frecventa si tensiune, goluri de tensiune si microintreruperi, supratensiuni atmosferice, de comutatie.

Amplitudinea perturbatiilor este conditionata de puterea de scurtcircuit existenta intr-un anumit nod electric, acest indicator conditionand compatibilitatea electromagnetica a echipamentelor perturbatoare in punctul comun de racord cu alte instalatii electrice.

Intre cei trei factori de care depinde calitatea serviciului de alimentare cu energie electrica exista multiple relatii de interdependenta. In cele ce urmeaza vor fi abordate doar problemele care se refera la calitatea produsului furnizat consumatorilor, adica la calitatea energiei electrice.

Principalele cauze ale inrautatirii calitatii energiei electrice

Furnizorii nu-si pot alimenta consumatorii cu energie electrica de calitate ideala, pe de o parte, datorita unor caracteristici constructive ale instalatiilor de care dispun, iar, pe de alta parte, datorita unor perturbatii, care apar in mod inerent in functionarea sistemelor energetice; acestea pot afecta toate caracteristicile undei de tensiune: frecventa, amplitudinea, forma si simetria in sistemele trifazate.

Cauze care inrautatesc calitatea frecventei

In general, incadrarea frecventei sistemului energetic intr-un domeniu admisibil din punct de vedere calitativ este conditionata de mentinerea unui echilibru intre resursele de energie primare si consumul de energie electrica a sistemului.

La nivelul ansamblului instalatiilor sistemului energetic, la un moment dat pot exista situatii in care echilibrul intre cererea si oferta de putere nu poate fi mentinut, datorita unor cauze cum ar fi:

inertia mare de raspuns a instalatiilor de producere,

lipsa de agent primar,

lipsa de capacitate in grupurile energetice etc.

In functie de natura cauzei care a provocat acest dezechilibru, regimul normal de functionare poate fi restabilit relativ rapid sau se poate ajunge la un nou echilibru, in regim anormal de functionare. Pe durata dezechilibrului, pana la finalizarea proceselor tranzitorii de valorificare a rezervei calde sau pana la intrarea in functiune a grupurilor aflate in rezerva rece, turatia rotoarelor si implicit frecventa sistemului are o evolutie descrescatoare. Fenomenul provoaca modificarea tuturor proceselor de conversie a energiei, de la surse si pana la receptoare.

Daca frecventa marilor retele interconectate se abate rar si relativ putin de valoarea nominala, calitatea tensiunii este in permanenta supusa unor actiuni perturbatoare, indreptate atat asupra valorii efective cat si asupra formei undei si simetriei sistemului trifazat de tensiuni.

Cauze ale variatiilor de tensiune

Prin variatie de tensiune intr-un punct al retelei, la un moment dat, se intelege diferenta algebrica dintre tensiunea de serviciu din acel punct si tensiunea nominala a retelei respective.

Calitatea tensiunii se poate considera ideala in cazul in care in toate nodurile sistemului si in orice moment, tensiunile pe fiecare din cele trei faze sunt functii pur sinusoidale in timp, cu valori efective constante si egale cu cea nominala si formeaza un sistem de secventa directa.

Neindeplinirea conditiilor ideale are la origine existenta uneia sau a mai multora din urmatoarele situatii:

variatii ale valorilor efective ale tensiunilor de faza de la valoarea nominala, care apar ca urmare a unor cauze ce pot fi atribuite caracteristicilor tehnice ale instalatiilor sau unor perturbatii,

abateri de la forma pur sinusoidala a tensiunilor de faza, aparute ca urmare a prezentei unor elemente cu caracter deformant.

Diferitele cauze care inrautatesc calitatea tensiunii  afecteaza toate caracteristicile undei de tensiune: amplitudinea, valoarea efectiva, forma si simetria in sistemele polifazate. Cele mai frecvente si mai deranjante sunt insa perturbatiile de diferite forme si durate ale amplitudinii, care se pot suprapune la un moment dat, conducand la un proces complex de variatie a tensiunii retelelor electrice.

In literatura de specialitate variatiile de tensiune se clasifica dupa diferite criterii cum ar fi: viteza de variatie a tensiunii, frecventa si perioada lor, durata variatiilor de tensiune. Dupa acest ultim criteriu variatiile de tensiune se clasifica in:

variatii de tensiune de lunga durata, functionare stationara la tensiune diferita de cea nominala, care apare ca urmare a unui reglaj defectuos sau a supraincarcarii retelelor, functionarea de durata cu variatii avand un caracter cvasiperiodic, ce sunt produse de existenta unor sarcini pulsatorii,

variatii ale tensiunii de scurta durata, variatii de tensiune bruste, care sunt datorate unor defecte cu caracter rapid, trecator sau eliminate prin protectii, variatii bruste produse de socuri de putere cu caracter pasager, disparitii scurte ale tensiunii ca urmare a functionarii sistemelor automate (AAR, RAR).

Limita de timp care desparte variatiile de scurta durata de cele de lunga durata este, in general, timpul necesar protectiilor, automatizarilor si echipamentelor de comutatie pentru a restabili tensiunea nominala, daca acest lucru este posibil. In Romania acest interval este de 3 s.