Calitatea energiei electrice. Manual pentru profesionisti. Vol.2.

PREFATA

„Daca inveti doar niste metode, vei fi incatusat de ele, dar daca inveti principii, iti vei putea concepe propriile metode.”
Ralph Waldo Emerson (Citat preluat din cartea „Alte motive pentru a zambi” - Autor: Zig Ziglar)

„Learn everything you can, anytime you can, from anyone you can - there will always come a time when you will be grateful you did.”
Sarah Caldwell (http://en.wikipedia.org/wiki/Sarah_Caldwell)

Pentru a veni in intampinarea specialistilor interesati de rezolvarea problemelor referitoare la calitatea energiei electrice, la nivel european, s-au derulat, succesiv:

- un amplu Program Educational intitulat Leonardo Power Quality Initiative (LPQI), sustinut financiar de Comisia Europeana si coordonat de European Copper Institute. Programul LPQI a fost implementat printr-un larg parteneriat european in care au fost implicate peste 80 de organizatii din mediul academic si industrial;

- organizarea unui Sistem Pan-European de Educatie Profesionala in domeniul Calitatii Energiei Electrice si al Compatibilitatii Electromagnetice (Leonardo Power Quality and EMC Vocational Education System - LPQIVES), prin care sa se poata realiza atat pregatirea, cat si acreditarea/certificarea specialistilor interesati de acest domeniu. Finantarea Uniunii Europene a acoperit doar o parte din cheltuielile necesare creerii logisticii (programa pentru cele 10 module de curs, materiale bibliografice, Handbook of Power Quality, LPQIVES web-site etc.), urmand ca pe baza acestei infrastructuri, Sistemul LPQIVES sa se autosustina financiar din taxele de pregatire/certificare si din eventuale sponsorizari.

Cursurile derulate sub egida proiectului european LPQIVES se adreseaza specialistilor din proiectare si executie, consultantilor, managerilor si specialistilor responsabili cu exploatarea si mentenanta echipamentelor si instalatiilor consumatorilor si ale companiilor de electricitate, firmelor care comercializeaza echipamente si furnizorilor de servicii in domeniul electricitatii, care doresc sa-si imbunatateasca cunostintele in acest domeniu.

Seria volumelor ``Calitatea energiei electrice``, editate de Editura SIER, isi are radacinile ancorate:
- Intr-un prim inceput, care a avut loc in octombrie 2005, cand a fost initiat primul curs in Romania, din cadrul proiectului european LPQIVES, sub numele - ``Calitatea energiei electrice`` - Expert Gradul 1 (compus din 10 module). In prezent, in Romania se deruleaza cea de-a 6-a editie a sa.
- Intr-un al doilea inceput, realizat in martie 2008, cand a fost initiat cel de-al doilea curs LPQIVES, numit - „Calitatea energiei electrice” - Expert Gradul 2 (compus din 10 module). Desfasurat in Romania, a fost primul curs de aceasta categorie la nivel international. Pana in prezent, s-au desfasurat 2 editii, Romania fiind singura participanta la proiectul LPQIVES care a putut indeplini conditiile cerute de acest curs.
- Intr-un al treilea inceput (decembrie 2009), cel prin care, tot la initiativa LPQIVES, SIER (Societatea Inginerilor Energeticieni din Romania) a fost desemnata responsabila pentru elaborarea versiunii in limba engleza a doua module din cadrul cursului „Power Quality E-learning Training Courses 1st Level” - Leonardo ENERGY Academy E-learning:
- Module 1 - Introduction into power quality. Voltage dips and short interruptions. (December 2009);
- Module 4 - Overvoltages and transients (August 2010).

Drept urmare, se doreste ca seria volumelor „Calitatea energiei electrice”, tiparite sub egida LPQIVES, sa constituie un nou produs „outcome” al acestui program european, baza lor fiind, in principal, tematica cursurilor LPQIVES „Calitatea energiei electrice” - Expert Gradul 1, respectiv Gradul 2. Ele ofera, in acelasi timp, si o serie de noutati/informatii „proaspete” care, speram, sa fie o surpriza placuta pentru cursantii care au absolvit acest curs si utile celor care iau, pentru prima data, contact cu subiectele prezentate.

Seria „Calitatea energiei electrice” - asa cum Editura SIER si-a obisnuit deja cititorii - ofera un larg ansamblu de informatii/cunostinte acumulate/filtrate prin prisma experientelor proprii, de-o viata, in proiectarea Sistemului Electroenergetic National, cerute, concepute si implementate spre a deveni ceea ce este in prezent.

Acest Volumul 2, complementar Volumului 1 aparut in martie 2013, prezinta un domeniu care, in prezent, s-a „maturizat”. Acesta, se adreseaza oricui doreste sa se regaseasca ca specialitate profesionala si este interesat sa afle noutati / sa obtina noi informatii, intr-o maniera accesibila, atat teoretica, cat si practica, „garnisita” cu exemple de calcul/dimensionare si studii de caz. In acest mod, consideram ca si acest volum este o „mana de ajutor” pe care o oferim cititorului/profesionistului, pentru a reusi sa supravietuiasca intr-o lume „fast-forward si extrem de intransingenta”.

Volumul 2 prezinta si analizeaza o serie de teme, unele dintre ele controversate, cum ar fi: armonice si interarmonice, fluctuatii de tensiune (flicker), influenta convertoarelor statice asupra calitatii energiei electrice din retelele electrice de alimentare, compensarea puterii reactive in regim deformant, nesimetrii de tensiune si curenti electrici, influenta surselor de energie distribuite si a sistemelor de stocare a energiei asupra calitatii energiei electrice, sistemele/instalatii de legare la pamant, si .... lista poate continua.

In Volumul 1 au fost tratate, in principal, variatiile frecventei si ale tensiunii de alimentare, golurile de tensiune si intreruperile de scurta durata, supratensiunile temporare si fenomenele tranzitorii, trasnetul si dimensionarea instalatiilor de protectie contra lui si a supratensiunilor pe care le produce, cum se defineste si se asigura continuitatea si fiabilitatea alimentarii cu energie electrica, ce prevederi ar trebui sa fie incluse in contractul incheiat cu partenerul Dvs., in calitate de consumator / producator / companie de electricitate.

Multumim, cu multa caldura, cursantilor nostri, pentru aportul lor la dezvoltarea cursului si, implicit, a acestei carti si Dlui Roman Targosz - Presedintele LPQIVES CB fara sprijinul caruia nu am fi reusit in demersurile noastre, prezenta carte fiind, de asemenea, editata sub egida LPQIVES/Leonardo Energy.

Autorii sunt constienti ca prezenta lucrare, fiind prima de acest fel din Romania, poate fi imbunatatita si sunt profund recunoscatori tuturor celor care vor contribui, prin observatii si sugestii, la realizarea acestui deziderat.

Va dorim o lectura placuta si instructiva!

Autorii
Bucuresti, august 2015

CUPRINS

Prefata 5
Cuvant inainte - Formarea de specialisti experti in calitatea energiei electrice,
un rezultat al derularii Programelor Educationale LPQI si LPQIVES 9
Cuprins 19

7. Armonice si interarmonice 35
7.1. Termeni de baza si definitii 35
7.1.1. Definirea fenomenului de distorsiune a tensiunii si a curentului electric 35
7.1.2. Marimi caracteristice in regimuri periodice sinusoidale si nesinusoidale 37
7.1.2.1. Componentele armonice ale unei curbe de tensiune sau de curent electric 37
7.1.2.2. Marimi periodice 38
7.1.2.3. Marimi caracteristice in regim periodic sinusoidal 40
7.1.2.4. Marimi caracteristice in regim periodic nesinusoidal 41
7.1.2.5. Aplicatie 44
7.1.3. Relatia intre rangul armonicelor si componentele simetrice 45
7.1.4. Circuitele electrice in regim deformant 45
7.1.5. Bilanturi de puteri active in regim periodic nesinusoidal 47
7.1.6. Bibliografie 48
7.2. Surse de armonice si interarmonice in retelele electrice 49
7.2.1. Surse de armonice in retelele electrice 49
7.2.1.1. Transformatoare si bobine de compensare 49
7.2.1.2. Motoare si generatoare electrice 52
7.2.1.3. Liniile electrice aeriene 53
7.2.1.4. Cuptoarele cu arc electric 53
7.2.1.5. Distorsiuni armonice determinate de echipamente electronice 55
7.2.1.5.1. Iluminatul fluorescent 56
7.2.1.5.2. Surse de putere in comutatie (SMPS) 57
7.2.1.5.3. Variatoare de viteza, unitati UPS mari si convertoare de tensiune continua 61
7.2.1.5.4. Tractiunea electrica feroviara 62
7.2.1.5.5. Compensatoare statice de putere reactiva 63
7.2.1.5.6. Surse de generare distribuita 63
7.2.1.6. Legea generala de insumarea a armonicelor produse de diverse surse 64
7.2.2. Surse de interarmonice in retelele electrice 65
7.2.2.1. Sarcini cu arc electric 65
7.2.2.2. Motoare electrice 66
7.2.2.3. Convertoare statice de frecventa 67
7.2.2.4. Variatoare de tensiune alternativa 68
7.2.2.5. Tensiuni de semnalizare in retelele electrice 69
7.2.2.6. Insumarea interarmonicelor produse de diverse surse 70
7.2.3. Bibliografie 70
7.3. Efecte ale poluarii armonice 72
7.3.1. Aspecte generale 72
7.3.2. Rezonanta pe armonice in instalatiile si retelele electrice 73
7.3.2.1. Rezonanta paralel 73
7.3.2.2. Rezonanta serie 75
7.3.2.3. Supratensiuni in nodurile retelei electrice sau la bornele echipamentelor 76
7.3.2.4. Rezonanta de curent in circuitele consumatorilor de energie electrica 77
7.3.2.5. Observatie importanta privind impedantele armonice si rezonanta in retele electrice 78
7.3.3. Efecte asupra pierderilor in retelele electrice 80
7.3.3.1. Pierderi in materiale conductoare 80
7.3.3.2. Pierderi in materiale magnetice 82
7.3.3.3. Pierderi in materiale dielectrice 83
7.3.4. Efecte asupra generatoarelor si motoarelor electrice 84
7.3.5. Efecte asupra transformatoarelor 85
7.3.6. Efecte asupra bateriilor de condensatoare 86
7.3.7. Efecte asupra liniilor electrice aeriene si cablurilor electrice 87
7.3.8. Incarcarea conductoarelor de neutru in instalatiile electrice de joasa tensiune 88
7.3.9. Efecte asupra stingerii arcului electric in cazul defectelor la pamant 89
7.3.10. Efecte asupra functionarii intreruptoarelor 90
7.3.11. Efecte asupra surselor de lumina 90
7.3.12. Efecte asupra convertoarelor si echipamentelor electronice 90
7.3.13. Efecte asupra sistemelor de protectii prin relee si contactoarelor 92
7.3.14. Efecte asupra aparatelor/instrumentelor de masura 93
7.3.14.1. Masurarea valorilor efective adevarate 93
7.3.14.2. Masurarea puterii aparente 95
7.3.14.3. Masurarea energiei electrice 95
7.3.14.4. Factorul de putere 96
7.3.15. Efecte asupra sistemelor de telecomunicatii 96
7.3.16. Efectele interarmonicilor 97
7.3.17. Bibliografie 98
7.4. Indicatori de calitate a energiei electrice si limite admise 100
7.4.1. Indicatorii de calitate a energiei electrice 100
7.4.2. Limite admise 100
7.4.2.1. Prevederi din standardul european EN 50160 101
7.4.2.2. Prevederi din standardul CEI 61000-2-2 103
7.4.2.3. Prevederi din standardul CEI 61000-2-4 104
7.4.2.4. Prevederi din alte standarde CEI 104
7.4.2.5. Prevederi din reglementari nationale 108
7.4.3. Bibliografie 109
7.5. Evaluarea si masurarea armonicelor si interarmonicelor 110
7.5.1. Evaluarea armonicelor 110
7.5.1.1. Descompunerea curbelor distorsionate 110
7.5.1.2. Exemple de descompunere in armonice si de sinteza a functiei 111
7.5.2. Masurarea armonicelor si interarmonicelor 115
7.5.2.1. Standardele internationale care reglementeaza masurarea armonicelor si interarmonicelor in sistemele electroenergetice 115
7.5.2.2. Prevederi din standardul CEI 61000-4-30 117
7.5.2.2.1. Prevederi pentru echipamentele de masurare de clasa A 117
7.5.2.2.2. Prevederi pentru echipamentele de masurare de clasa S 117
7.5.2.2.3. Prevederi pentru echipamentele de masurare de clasa B 118
7.5.2.3. Prevederi din standardul CEI 61000-4-7:2002 118
7.5.3. Procedura de evaluare a calitatii energiei electrice 122
7.5.4. Schema de principiu a unui echipament de analiza a distorsiunii armonice 124
7.5.5. Monitorizarea marimilor distorsionate in retelele electrice trifazate 126
7.5.6. Bibliografie 127
7.6. Solutii de limitare a armonicelor si interarmonicelor si a efectelor acestora 129
7.6.1. Aspecte generale referitoare la solutiile de limitare a distorsiunii armonice 129
7.6.2. Bibliografie 133
7.7. Alocarea cotelor de distorsiuni armonice 134
7.7.1. Aspecte cu caracter general 134
7.7.2. Algoritmul de alocare a cotelor de perturbatii 135
7.7.2.1. Alocarea in primul stadiu 135
7.7.2.2. Alocarea in cel de al doilea stadiu 135
7.7.2.3. Alocarea in cel de al treilea stadiu 137
7.7.2.4. Responsabilitati 137
7.7.3. Alocarea cotei de perturbatii in retelele electrice de medie tensiune 137
7.7.3.1. Alocarea in primul stadiu 137
7.7.3.2. Alocarea in cel de al doilea stadiu 138
7.7.3.2.1. Limite de emisii bazate pe valorile relative ale curentilor armonici 140
7.7.3.2.2. Abordarea generala bazata pe legea de sumare a componentelor armonice 140
7.7.3.3. Alocarea in cel de al treilea stadiu 144
7.7.4. Alocarea cotei de perturbatii in retelele de inalta si foarte inalta tensiune 145
7.7.4.1. Alocarea in primul stadiu 145
7.7.4.2. Alocarea in cel de al doilea stadiu 145
7.7.4.2.1. Evaluarea puterii totale disponibile a unei statii electrice 145
7.7.4.2.2. Metoda de partajare a nivelurilor de planificare intre IT si FIT 145
7.7.4.2.3. Limita/cota de emisie individuala 148
7.7.4.3. Alocarea in cel de al treilea stadiu 148
7.7.5. Alocarea emisiilor interarmonice 149
7.7.6. Studiu de caz de alocare a cotei de perturbatii in retelele electrice de MT 149
7.7.6.1. Date de intrare 149
7.7.6.2. Rezolvare 150
7.7.7. Bibliografie 155
7.8. Utilizarea filtrelor pasive si active pentru reducerea distorsiunilor armonice 156
7.8.1. Introducere 156
7.8.2. Filtre pasive 156
7.8.2.1. Filtre pasive refulante 156
7.8.2.2. Filtre pasive absorbante 158
7.8.2.3. Circuite de filtrare in scheme cu convertoare 165
7.8.3. Filtre active 165
7.8.3.1. Filtrul activ conectat in paralel cu receptorul neliniar 167
7.8.3.2. Filtrul activ conectat in serie cu receptorul neliniar 174
7.8.4. Filtre hibride 175
7.8.5. Conditioner unificat de calitate a energiei electrice (UPQC) 175
7.8.6. Bibliografie 176
7.9. Dimensionarea instalatiilor electrice in prezenta tensiunilor si a curentilor distorsionati 177
7.9.1. Introducere 177
7.9.2. Dimensionarea conductorului de neutru 177
7.9.2.1. Punerea problemei 177
7.9.2.2. Prevederi privind dimensionarea conductorului de neutru 178
7.9.2.3. Exemplu de dimensionare 183
7.9.2.4. Utilizarea unui conductor neutru separat pentru fiecare circuit 183
7.9.3. Probleme relative la transformatoare 184
7.9.3.1. Aspecte generale 184
7.9.3.2. Factorul K 184
7.9.3.3. Denominarea transformatoarelor 185
7.9.3.4. Factor de corectie a pierderilor 185
7.9.3.5. Exemplu de aplicare 186
7.9.4. Denominarea motoarelor electrice 187
7.9.5. Probleme referitoare la dimensionarea bateriilor de condensatoare 187
7.9.6. Bibliografie 188

8. Impactul electronicii de putere in retelele electrice 189
8.1. Influenta convertoarelor statice asupra retelei electrice 189
8.1.1. Introducere 189
8.1.2. Clasificarea convertoare electronice de putere 189
8.1.3. Redresoare 192
8.1.3.1. Redresorul necomandat monofazat, dubla alternanta cu filtru capacitiv 193
8.1.3.2. Redresorul necomandat dubla alternanta cu filtru inductiv 194
8.1.3.3. Redresorul comandat monofazat, dubla alternanta 196
8.1.3.4. Redresorul necomandat trifazat cu filtru capacitiv 197
8.1.3.5. Redresoare trifazate cu filtru inductiv 199
8.1.3.6. Redresoare cu multe pulsuri 205
8.1.4. Invertorul trifazat 207
8.1.5. Convertoare tensiune alternativa - tensiune alternativa 209
8.1.5.1. Convertoare de joasa frecventa (Cicloconvertoare) 209
8.1.5.2. Convertoare de medie frecventa 211
8.1.5.3. Convertor de frecventa pentru alimentarea masinilor asincrone 212
8.1.5.4. Convertor bidirectonal (back to back) pentru controlul generatoarelor eoliene cu dubla alimentare 213
8.1.5.5. Convertoare de tip soft-starter 214
8.1.6. Convertor tensiune continua - tensiune continua 215
8.1.7. Surse de putere in comutatie (SMPS - Switched Mode Power Supplies) 217
8.1.8. Convertoare pentru alimentarea motoarelor de tensiune continua 217
8.1.9. Convertoare cu absorbtie de curent sinusoidal din reteaua electrica 218
8.1.9.1. Convertoare cu corectia factorului de putere 218
8.1.9.2. Convertoare cu modulatia in latime a pulsurilor 221
8.1.10. Bibliografie 224
8.2. Aplicatii ale electronicii de putere in retele de transport si distributie a energiei electrice 225
8.2.1. Introducere 225
8.2.2. Utilizarea sistemelor FACTS pentru controlul tensiunii si a fluxurilor de putere in retelele electrice 225
8.2.3. Tehnologiile „Custom Power” 226
8.2.3.1. Definirea notiunilor 226
8.2.3.2. Tipuri de dispozitive „Custom Power” 227
8.2.3.3. Dispozitive „Custom Power” de reconfigurare a retelei electrice 228
8.2.3.3.1. Intreruptoare de transfer statice 228
8.2.3.3.2. Limitator static de curent de defect 228
8.2.3.3.3. Intreruptor static a curentului de defect 229
8.2.3.3.4. Comutator electronic de ploturi 230
8.2.3.4. Dispozitive „Custom Power” de compensare a puterii reactive si armonicelor 230
8.2.3.4.1. Compensatoare statice de putere reactiva (SVC) 230
8.2.3.4.2. Compensatoare statice sincrone pentru retele de distributie (D-STATCOM) 231
8.2.3.4.3. Compensator Static Serie (SSC) 233
8.2.3.4.4. Conditioner/compensator unificat de calitate a energiei electrice (UPQC) 233
8.2.3.4.5. Sisteme de alimentare de rezerva cu energie stocata 234
8.2.3.5. Aplicatii ale Custom Power Devices. Exemple de Parcuri de Energie Premium 235
8.2.4. Bibliografie 239
8.3. Aplicatii ale electronicii de putere pentru conectarea la retelele electrice a unitatilor de generare distribuita 241
8.3.1. Introducere 241
8.3.2. Conectarea surselor de generare distribuita la reteaua electrica 241
8.3.3. Bibliografie 246

9. Compensarea puterii reactive in regimuri deformante 247
9.1. Teoria puterii in circuitele electrice 247
9.1.1. Puteri in regim sinusoidal 247
9.1.1.1. Circuite monofazate 247
9.1.1.2. Circuite trifazate 254
9.1.1.2.1. Sisteme trifazate simetrice de tensiuni si de curenti 254
9.1.1.2.2. Sisteme trifazate nesimetrice de curenti electrici si/sau de tensiuni 257
9.1.2. Puteri in regim periodic nesinusoidal 261
9.1.2.1. Circuite monofazate 261
9.1.2.2. Circuite trifazate 265
9.1.2.3. Conservarea puterilor in regimul deformant 268
9.1.3. Bibliografie 269
9.2. Studiu de caz privind propagarea armonicelor de curent generate la consumatori 270
9.2.1. Consideratii generale 270
9.2.2. Cerintele si datele de intrare pentru studiul de caz 270
9.2.3. Rezolvare 271
9.2.3.1. Calculul puterilor consumate de sarcina nedeformanta 271
9.2.3.2. Calculul puterilor consumate de sarcina deformanta 271
9.2.3.3. Calculul ponderilor componentei fundamentale si ale armonicelor superioare de curent in circuitul sarcinii deformant 272
9.2.3.4. Calculul elementelor schemei echivalente 272
9.2.3.5. Determinarea curentului total absorbit de consumator 273
9.2.3.6. Determinarea curentilor aferenti sarcinii deformante 273
9.2.3.7. Determinarea spectrului de armonice de curent propagate spre sarcina nedeformanta si spre reteaua electrica de alimentare a consumatorului 274
9.2.3.7.1. Calculul propagarii armonicelor spre sarcina nedeformanta 274
9.2.3.7.2. Calculul propagarii armonicelor in reteaua electrica de alimentare 275
9.2.3.8. Determinarea spectrului de armonice de tensiune pe barele de alimentare a consumatorului de la reteaua electrica 277
9.2.3.8.1. Calculul spectrului de armonice de tensiune la bara de JT 277
9.2.3.8.2. Calculul spectrului de armonice de tensiune la bara de MT 278
9.2.4. Comentarii 279
9.2.5. Bibliografie 279
9.3. Condensatoare de putere si aplicatiile lor 280
9.3.1. Consideratii generale 280
9.3.2. Consumatori de putere reactiva 280
9.3.3. Efecte energetice ale circulatiei de putere reactiva 281
9.3.4. Reducerea transferului de putere reactiva in retele electrice 282
9.3.4.1. Mijloace naturale de reducere a consumului de putere reactiva 282
9.3.4.2. Surse de putere reactiva 283
9.3.5. Baterii de condensatoare pentru imbunatatirea factorului de putere 284
9.3.6. Efectele armonicelor asupra bateriilor de condensatoare 285
9.3.7. Procese de comutare a condensatoarelor 286
9.3.7.1. Aspecte generale 286
9.3.7.2. Conectarea primei sectii a bateriei de condensatoare 287
9.3.7.3. Comutarea urmatorelor sectii ale bateriei de condensatoare 290
9.3.7.4. Deconectarea sectiilor bateriilor de condensatoare. Reducerea supratensiunilor 291
9.3.7.5. Contactoare pentru limitarea solicitarilor la comutarea condensatoarelor 293
9.3.8. Condensatoare in circuite de filtrare 294
9.3.9. Bibliografie 295
9.4. Studiu de caz privind dimensionarea filtrelor pasive absorbante si contributia acestora la compensarea puterii reactive 296
9.4.1. Date de intrare si cerinte pentru studiu de caz 296
9.4.2. Rezolvare 298
9.4.2.1. Conditii de dimensionare si relatii de calcul 298
9.4.2.2. Dimensionarea circuitului rezonant de rang 5 300
9.4.2.3. Dimensionarea circuitului rezonant de rang 7 301
9.4.2.4. Dimensionarea bateriei de compensare a puterii reactive 302
9.4.3. Comentarii 302
9.4.4. Bibliografie 303
9.5. Studiu de caz privind dimensionarea unei baterii de condensatoare pentru compensarea puterii reactive la un consumator 304
9.5.1. Introducere 304
9.5.2. Date de intrare si cerinte pentru studiu de caz 305
9.5.3. Rezolvare 305
9.5.3.1. Regimul initial de functionare, la factorul de putere natural al consumatorului 305
9.5.3.1.1. Determinarea parametrilor elementelor de retea 305
9.5.3.1.2. Determinarea marimilor caracteristice curbelor de sarcina inainte de compensare 306
9.5.3.1.3. Determinarea pierderilor de putere si a puterilor absorbite din sistem la sarcina maxima inainte de compensare 307
9.5.3.1.4. Determinarea pierderilor de energie si a energiilor totale anuale absorbite din sistem inainte de compensare 308
9.5.3.2. Regimul de functionare al retelei cu compensarea puterii
reactive la consumator intr-o singura treapta fixa 309
9.5.3.2.1. Determinarea puterii de compensat la sarcina maxima, in functie de punctul in care se considera ca se racordeaza bateria de condensatoare 309
9.5.3.2.2. Determinarea marimilor caracteristice curbelor de sarcina rezultate la bornele de JT ale transformatorului dupa compensare 310
9.5.3.2.3. Determinarea pierderilor de putere si a puterilor absorbite din sistem la sarcina maxima dupa compensare 312
9.5.3.2.4. Determinarea pierderilor de energie si a energiilor totale anuale absorbite din sistem dupa compensare 313
9.5.3.2.5. Reducerea pierderilor de putere activa si de energie activa si reactiva prin compensarea puterii reactive 314
9.5.3.3. Regimul de functionare al retelei cu compensarea puterii reactive la consumator in mai multe trepte reglabile 314
9.5.3.3.1. Determinarea puterii reactive de compensat, stabilirea treptelor bateriilor de condensatoare pentru compensare si a duratelor de calcul 314
9.5.3.3.2. Determinarea marimilor caracteristice ale curbelor de sarcina rezultate la bornele de JT ale transformatorului dupa compensare 316
9.5.3.3.3. Determinarea pierderilor de putere si a puterilor absorbite din sistem la sarcina maxima dupa compensare 318
9.5.3.3.4. Determinarea pierderilor de energie si a energiilor totale anuale absorbite din sistem dupa compensare 319
9.5.3.3.5. Reducerea pierderilor de putere activa si de energie activa si reactiva prin compensarea puterii reactive 320
9.5.4. Bibliografie 320

10. Fluctuatii de tensiune si flicker 321
10.1. Definirea perturbatiilor, surse, efecte, cuantificare si limite admise 321
10.1.1. Descrierea perturbatiilor. Termeni de baza si definitii 321
10.1.2. Sursele/cauzele fluctuatiilor de tensiune / flickerului 325
10.1.2.1. Sarcini industriale 325
10.1.2.2. Sarcini alimentate din retelele de joasa tensiune 327
10.1.2.3. Grupurile electrice eoliene 327
10.1.3. Efectele fluctuatiilor de tensiune / flickerului 328
10.1.4. Cuantificarea fluctuatiilor de tensiune / fenomenului de flicker 328
10.1.5. Indicatorii de calitate a energiei electrice si limite admise 330
10.1.5.1. Indicatorii de calitate a energiei electrice 330
10.1.5.2. Limite admise 330
10.1.6. Bibliografie 331
10.2. Interarmonice si flicker 333
10.2.1. De ce apare fenomenul de flicker? 33
10.2.2. Interarmonicele - sursa de flicker 333
10.2.3. Bibliografie 334
10.3. Evaluarea si masurarea nivelului de flicker 337
10.3.1. Metode simplificate de evaluare prin calcul a nivelului de flicker 337
10.3.1.1. Metoda calitativa 337
10.3.1.2. Metoda simplificata recomandata de CEI 61000-3-7 337
10.3.1.2.1. Calcularea variatiei relative a tensiunii produsa de sarcina fluctuanta 337
10.3.1.2.2. Calcularea nivelului de flicker pe termen scurt 339
10.3.1.3. Metoda de estimare a nivelului de flicker in cazul unui cuptor cu arc electric 340
10.3.1.4. Predeterminarea nivelului de flicker generat de grupurile eoliene 341
10.3.1.5. Propagarea fluctuatiilor de tensiune 341
10.3.1.6. Evaluarea nivelului de flicker produs de mai multe surse 343
10.3.2. Masurarea nivelului de flicker 344
10.3.2.1. Introducere 344
10.3.2.2. Schema de principiu a echipamentului pentru evaluarea nivelului de flicker 345
10.3.2.3. Procedura de evaluare a calitatii energiei electrice in retelele electrice 348
10.3.3. Bibliografie 349
10.4. Alocarea nivelului de perturbatii sub forma de flicker 350
10.4.1. Introducere 350
10.4.2. Algoritmul de alocare 351
10.4.3. Evaluarea in stadiul 1 351
10.4.4. Evaluarea in stadiul 2 351
10.4.5. Evaluarea in stadiul 3 355
10.4.6. Studiu de caz 355
10.4.6.1. Date de intrare si cerinte 355
10.4.6.2. Rezolvare 356
10.4.6.2.1. Puterea de scurtcircuit la barele de 110 kV ale statiei B1 356
10.4.6.2.2. Cota de perturbatie care poate fi alocata fiecarui consumator (S1 si S2) 356
10.4.7. Bibliografie 357
10.5. Mijloace de limitare a fluctuatiilor de tensiune si a efectelor acestora 358
10.5.1. Introducere 358
10.5.2. Metode orientate spre cresterea puterii de scurtcircuit la barele de alimentare 359
10.5.3. Modificari tehnologice in procesele de productie 359
10.5.4. Utilizarea unor echipamente mai putin sensibile si imbunatatirea imunitatii sarcinii la fluctuatii de tensiune 360
10.5.4.1. Inlocuirea sistemului de iluminat 360
10.5.4.2. Cresterea momentului de inertie al motoarelor electrice 360
10.5.4.3. Agregarea surselor de perturbatii 360
10.5.4.4. Alimentarea separata a sarcinilor sensibile la fluctuatii de tensiune 361
10.5.5. Utilizarea de circuite si echipamente specializate pentru limitarea perturbatiilor 361
10.5.5.1. Conectarea unei bobine in serie cu sarcina perturbatoare 361
10.5.5.2. Conectarea unui condensator in serie cu sursa de alimentare 361
10.5.5.3. Conectarea unei bobine saturate in paralel cu sursa de perturbatii 362
10.5.5.4. Conectarea sarcinilor sensibile prin intermediul unei reactante de decuplare 362
10.5.5.5. Utilizarea convertoarelor de tip soft-starter 362
10.5.5.6. Conectarea unui comensator sincron 362
10.5.5.7. Utilizarea de dispozitive de tip FACTS si “Custom Power” 363
10.5.6. Studii de caz 367
10.5.6.1. Dimensionarea unei scheme de limitare a nivelului de flicker prin montarea unui SVC de tip FC + TSC 367
10.5.6.2. Dimensionarea unei scheme de limitare a nivelului de flicker prin montarea unui SVC de tip FC + TCR 369
10.5.6.3. Influenta configuratiei retelei asupra propagarii efectului de flicker 370
10.5.7. Bibliografie 374

11. Nesimetrii de tensiune si curent electric 375
11.1. Definirea perturbatiilor, cauze, efecte, indicatori de calitate a energiei electrice si limite admise 375
11.1.1. Descrierea perturbatiilor 375
11.1.2. Cauzele aparitiei nesimetriilor 376
11.1.3. Efecte ale nesimetriilor 377
11.1.3.1. Efecte asupra masinilor asincrone 378
11.1.3.2. Efecte asupra generatoarelor sincrone 379
11.1.3.3. Efecte asupra transformatoarelor, cablurilor si liniilor electrice 379
11.1.3.4. Efecte asupra bateriilor de condensatoare 380
11.1.3.5. Efecte asupra convertoarelor electronice 380
11.1.3.6. Efecte asupra sarcinilor rezistive 380
11.1.3.7. Alte efecte 380
11.1.4. Propagarea nesimetriilor de tensiune prin transformatoare 381
11.1.5. Indicatori de calitate a energiei electrice 382
11.1.6. Limite admise in retelele electrice 384
11.1.7. Bibliografie 386
11.2. Evaluarea si masurarea nesimetriilor de tensiune 387
11.2.1. Metoda componente simetrice 387
11.2.2. Masurarea indicatorilor de nesimetrie de tensiune 393
11.2.2.1. Metoda de masurare 393
11.2.2.2. Incertitudinea si domeniul de masurare 394
11.2.2.3. Agregarea valorilor masurate 394
11.2.2.4. Procedura de evaluare a calitatii energiei electrice 394
11.2.3. Filtre de componente simetrice 395
11.2.3.1. Filtre de componente de succesiune zero (homopolara) 395
11.2.3.2. Filtre de componente de succesiune pozitiva (directa) sau negativa (inversa) 396
11.2.3.3. Filtru pentru componenta pozitiva sau negativa a unui sistem de tensiuni intre faze 397
11.2.4. Bibliografie 398
11.3. Nesimetria de tensiune produsa de liniile electrice aeriene - Studiu de caz 399
11.3.1. Componentele proprii ale liniilor electrice aeriene 399
11.3.1.1. Introducere 399
11.3.1.2. Aspecte privind aplicarea metodei componentelor simetrice in cazul liniilor electrice aeriene 399
11.3.1.3. Metoda componentelor a, b, 0 402
11.3.1.4. Metoda componentelor modale 403
11.3.2. Transpunerea LEA 404
11.3.3. Calculul nesimetriilor de tensiune determinate de LEA. Studiu de caz 405
11.3.3.1. Date de intrare 405
11.3.3.2. Rezolvare pentru cazul LEA cu lungimea de 100 km 405
11.3.3.3. Rezolvare pentru cazul LEA cu lungimea de 200 km 407
11.3.4. Bibliografie 407
11.4. Alocarea nivelului de perturbatii sub forma de nesimetrii 408
11.4.1. Introducere 408
11.4.2. Algoritmul de alocare 409
11.4.3. Evaluarea in stadiul 1 409
11.4.4. Evaluarea in stadiul 2 409
11.4.5. Evaluarea in stadiul 3 413
11.4.6. Bibliografie 413
11.5. Limitarea nesimetriilor 414
11.5.1. Solutii de limitare a nesimetriilor 414
11.5.2. Schemele de simetrizare cu transformatoare monofazate 414
11.5.3. Schema de simetrizare cu compensare (schema Steinmetz) 416
11.5.4. Utilizarea compensatoarelor statice de control a tensiunii 417
11.5.5. Bibliografie 417

12. Resurse de energie distribuite si calitatea energiei electrice 419
12.1. Resurse de energie distribuite 419
12.1.1. Definirea notiunilor de Surse de Energie Regenerabile, Generare Distribuita si Resurse de Energie Distribuite 419
12.1.2. Stadiul actual in domeniul utilizarii energiilor regenerabile 422
12.1.2.1. Capacitati instalate in centrale electrice eoliene 423
12.1.2.2. Capacitati instalate in centrale electrice fotovoltaice 424
12.1.2.3. Capacitati instalate in Romania in centrale pe baza de energii regenerabile promovate prin certificate verzi 424
12.1.3. Bibliografie 425
12.2. Conectarea surselor de generare distribuita la retelele electrice 426
12.2.1. Standarde referitoare la conectarea surselor de generare distribuita la retelele electrice 426
12.2.2. Nivelurile de tensiune la care se pot racorda centralele eoliene si instalatiile fotovoltaice la retelele electrice publice 427
12.2.3. Solutii de conectare a surselor de generare distribuita la retelele electrice 429
12.2.4. Aspecte tehnice care trebuie analizate la conectarea surselor de DG la retelele electrice 433
12.2.4.1. Solicitari in regim normal de functionare si in caz de scurtcircuite 434
12.2.4.2. Circulatia puterii reactive si controlul tensiunii 434
12.2.4.3. Pierderi de energie electrica in retelele electrice 435
12.2.4.4. Efecte asupra calitatii energiei electrice in retelele electrice 436
12.2.4.5. Stabilitatea si capabilitatea surselor de DG de a face fata perturbatiilor din retelele electrice 436
12.2.4.6. Aspecte privind protectia prin relee 437
12.2.4.7. Operatii de insularizare si reconectare 437
12.2.4.8. Participarea la realizarea serviciilor de sistem 437
12.2.4.9. Siguranta in functionare 438
12.2.5. Bibliografie 439
12.3. Cauze si probleme privind calitatea energiei electrice 440
12.3.1. Aspecte generale 440
12.3.2. Instalatii eoliene 441
12.3.2.1. Puterea dezvoltata de o instalatie eoliana 441
12.3.2.2. Sisteme de generare utilizate la grupurile eoliene 444
12.3.2.3. Starile/regimurile de functionare ale unui grup eolian 445
12.3.2.4. Efecte ale functionarii instalatiilor eoliene asupra retelelor electrice 446
12.3.3. Instalatii fotovoltaice 451
12.3.3.1. Celula fotovoltaica. Principiu de functionare 451
12.3.3.2. Tehnologii ale celulelor fotovoltaice 451
12.3.3.3. Modelul matematic al celulei fotovoltaice 453
12.3.3.4. Parametrii celulei fotovoltaice 454
12.3.3.5. Influenta iluminarii 456
12.3.3.6. Influenta temperaturii 456
12.3.3.7. Modul de conectare a celulelor fotovoltaice 458
12.3.4. Bibliografie 459
12.4. Evaluarea influentei instalatiilor eoliene si fotovoltaice asupra calitatii energiei electrice din retelele electrice 460
12.4.1. Parametrii care permit evaluarea influentei instalatiilor eoliene asupra calitatii energiei electrice 460
12.4.1.1. Parametrii nominali (rated data) 460
12.4.1.2. Puterea maxim masurata (maximum measured power) 460
12.4.1.3. Puterea reactiva 461
12.4.1.4. Coeficientul de flicker 461
12.4.1.5. Numarul maxim de operatii de comutare a unitatii eoliene 462
12.4.1.6. Factorul treapta de flicker pentru operatii de comutare a grupurilor eoliene 463
12.4.1.7. Factorul de variatie a tensiunii pentru operatii de comutare a grupurilor eoliene 464
12.4.1.8. Armonice de curent si tensiune generate de unitati eoliene 464
12.4.2. Studii de caz - Predeterminarea prin calcul a nivelului de flicker si a salturilor de tensiune generate de grupurile si centralele eoliene 465
12.4.2.1. Studiu de Caz 1 465
12.4.2.1.1. Date de intrare 465
12.4.2.1.2. Determinarea nivelului de flicker produs de grupurile eoliene in conditii normale de functionare 467
12.4.2.1.3. Determinarea nivelului de flicker produs la comutarea grupurilor eoliene 467
12.4.2.1.4. Determinarea saltului de tensiune produs la comutarea grupurilor eoliene 469
12.4.2.2. Studiu de Caz 2 469
12.4.2.2.1. Date de intrare 469
12.4.2.2.2. Determinarea nivelului de flicker produs de grupurile eoliene in conditii normale de functionare 470
12.4.2.2.3. Determinarea nivelului de flicker produs la comutarea grupurilor eoliene 471
12.4.2.2.4. Determinarea saltului de tensiune produs la
comutarea grupurilor eoliene 472
12.4.3. Parametrii care permit evaluarea influentei sistemelor fotovoltaice asupra calitatii energiei electrice 473
12.4.4. Bibliografie 476
12.5. Relatia dintre sursele distribuite si retelele electrice reflectata in nivelul tensiunii, curentilor de scutcurcuit si pierderilor de putere 477
12.5.1. Variatia tensiunii electrice in reteaua electrica 477
12.5.2. Curentii de scurtcircuit 487
12.5.3. Pierderile de putere activa 495
12.5.4. Bibliografie 499
12.6. Sisteme de stocare a energiei electrice 500
12.6.1. Necesitatea stocarii energiei electrice 500
12.6.2. Stocarea energiei electrice in camp electric sau in camp magnetic 502
12.6.2.1. Supercondensatoare sau ultracondensatoare 502
12.6.2.2. Stocarea magnetica a energiei electrice in supraconductoare 503
12.6.3. Stocarea energiei electrice sub forma neelectrica (sub alte forme de energie) 503
12.6.3.1. Utilizarea bateriilor de acumulatoare (stocare chimica) 503
12.6.3.1.1. Acumulatoare cu plumb 505
12.6.3.1.2. Acumulatoare alcaline 505
12.6.3.1.3. Acumulatoare Li-Ion 506
12.6.3.1.4. Acumulatoare pe baza de sulfura de sodiu 506
12.6.3.1.5. Acumulatoare cu flux de electrolit (REDOX) 508
12.6.3.2. Utilizarea volantului pentru stocarea de energie (FES) 510
12.6.3.3. Stocare sub forma de energie potentiala a apei 512
12.6.3.4. Stocare sub forma de aer comprimat (CAES) 513
12.6.3.5. Stocare sub forma de hidrogen si gaz natural sintetic 514
12.6.4. Privire generala asupra metodelor de stocare 515
12.6.5. Bibliografie 519

13. Sisteme/instalatii de legare la pamant 521
13.1. Termeni de baza si definitii. Limite admise 521
13.1.1. Aspecte generale privind instalatiile de legare la pamant 521
13.1.2. Functiile instalatiilor de legare la pamant 522
13.1.3. Componentele unei instalatii de legare la pamant si categori/tipuri de prize de pamant 524
13.1.4. Terminologie, definitii de baza si simbolizari 527
13.1.4.1. Scheme de functionare a retelelor electrice de joasa si medie tensiune 527
13.1.4.2. Termeni, definitii si simboluri utilizate 530
13.1.5. Pericole de accidentare datorite curentului electric. Limite admise pentru curentul electric prin corpul omului 533
13.1.6. Limite admise pentru tensiunile accidentale 538
13.1.7. Bibliografie 540
13.2. Rezistivitatea solului 541
13.2.1. Introducere 541
13.2.2. Influenta naturii si compozitiei solului asupra rezistivitatii 542
13.2.3. Influenta variatiei umiditatii solului asupra rezistivitatii 544
13.2.4. Influenta porozitatii solului asupra rezistivitatii 546
13.2.5. Influenta variatiei temperaturii solului asupra rezistivitatii 546
13.2.6. Rezistivitatea de calcul pentru prize de pamant in soluri neomogene 548
13.2.7. Utilizarea argilelor cu rezistivitati reduse pentru imbunatatirea prizelor de pamant 549
13.2.8. Bibliografie 552
13.3. Parametrii electrici ai prizelor de pamant simple 553
13.3.1. Parametrii electrici principali ai unei instalatii de legare la pamant 553
13.3.2. Distributia potentialelor pe suprafata solului si rezistenta electrica pentru prize de pamant simple tipice 558
13.3.2.1. Priza de pamant simpla cu electrod vertical 558
13.3.2.2. Priza de pamant simpla cu electrod orizontal 560
13.3.2.3. Priza de pamant orizontala sub forma inelara 564
13.3.2.4. Priza de pamant de fundatie 565
13.3.3. Prizele de pamant pentru instalatiile de protectie impotriva descarcarilor atmosferice 565
13.3.4. Bibliografie 568
13.4. Tipuri constructive de prize de pamant. Relatii de calcul uzuale 569
13.4.1. Prize de pamant artificiale simple (singulare) 569
13.4.2. Prize de pamant naturale 579
13.4.3. Prize de pamant constituite dintr-un obiect lung 583
13.4.4. Prize de pamant sub forma de plasa/retea 585
13.4.5. Prize de pamant multiple si prize de pamant complexe 587
13.4.5.1. Aspecte cu caracter general 587
13.4.5.2. Prize de pamant multiple 587
13.4.5.3. Prize de pamant complexe 588
13.4.5.4. Determinarea coeficientilor de atingere si de pas la o priza de pamant complexa in structura unei retele (plasa) 593
13.4.5.5. Obiecte conductoare lungi care ies din zona de protectie a instalatiei de legare la pamant 595
13.4.6. Bibliografie 598
13.5. Factori care influenteaza durata de viata a instalatiilor de legare la pamant 599
13.5.1. Introducere 599
13.6. Masurarea rezistivitatii solului si a parametrilor instalatiilor de legare la pamant la pamant 607
13.6.1. Parametrii instalatiei de legare la pamant supusi verificarilor 607
13.6.2. Determinarea prin masurari a rezistivitatii solului 608
13.6.2.1. Metoda electrodului de control 608
13.6.2.2. Metoda celor patru electrozi 609
13.6.3. Determinarea prin masurari a rezistentei de dispersie a prizelor de pamant 611
13.6.4. Determinarea prin masurari a tensiunilor de atingere si de pas 614
13.6.5. Bibliografie 616
13.7. Studii de caz - Dimensionarea instalatiei de legare la pamant pentru o statie de 110/20 kV 617
13.7.1. Date de intrare 617
13.7.2. Dimensionarea instalatiei de legare la pamant pentru statia de 110 kV cu conductoare de legare la pamant si electrozi din otel 617
13.7.2.1. Determinarea numarului de electrozi pe conturul prizei de pamant 617
13.7.2.2. Dimensionarea elementelor componente ale prizei de dirijare a distributiei potentialelor 618
13.7.2.3. Determinarea rezistentei de dispersie a prizei de pamant a statiei de 110 kV 619
13.7.2.4. Determinarea coeficientilor de atingere si de pas 621
13.7.2.5. Verificarea la stabilitatea termica a prizei de pamant a statiei de 110 kV 622
13.7.3. Statia de 20 kV 623
13.7.4. Dimensionarea instalatiei de legare la pamant pentru statia de 110 kV cu conductoare de legare la pamant si electrozi din cupru 624
13.7.4.1. Ipotezele considerate 624
13.7.4.2. Determinarea numarului de electrozi pe conturul prizei de pamant 624
13.7.4.3. Dimensionarea elementelor componente ale prizei de dirijare a distributiei potentialelor 624
13.7.4.4. Determinarea rezistentei de dispersie a prizei de pamant a statiei de 110 kV 625
13.7.4.5. Determinarea coeficientilor de atingere si de pas 626
13.7.4.6. Verificarea la stabilitatea termica a prizei de pamant a statiei de 110 kV 627
13.7.5. Bibliografie 627
13.8. Studii de caz - Dimensionarea instalatiilor de legare la pamant pentru posturi de transformare de MT/JT 628
13.8.1. Post de transformare alimentat dintr-o retea care functioneaza in schema IT 628
13.8.1.1. Conditii tehnice de functionare si de calcul 628
13.8.1.2. Post de transformare de 20/04 kV montat pe stalp 631
13.8.1.2.1. Folosirea in comun a instalatiilor de legare la pamant 631
13.8.1.2.2. Instalatii de legare la pamant separate la postul de transformare 634
13.8.1.3. Post de transformare de 20/04 kV in cabina zidita 636
13.8.1.3.1. Folosirea in comun a instalatiilor de legare la pamant 636
13.8.2. Post de transformare alimentat dintr-o retea care functioneaza in schema T2T 639
13.8.2.1. Conditii tehnice de functionare si de calcul 639
13.8.2.2. Post de transformare de 20/04 kV in cabina zidita 642
13.8.3. Bibliografie 643
13.9. Studiu de caz - Dimensionarea instalatiei de legare la pamant in cazul unei cladiri de birouri sau locuinte 644
13.9.1. Conditii tehnice de functionare si de calcul 644
13.9.2. Dimensionarea instalatiei de legare la pamant in cazul unei locuinte 644
13.9.2.1. Date de intrare 644
13.9.2.2. Rezistenta de dispersie a prizei de pamant naturale 645
13.9.2.3. Realizarea prizei de pamant artificiale suplimentare 645
13.9.3. Bibliografie 646