Regimul deformant in sistemele trifazate

Regimul deformant in sistemele trifazate

Asa cum s-a aratat in 8.5.3, regimul deformant (sau nesinusoidal) este regimul electrocinetic alternativ in cadrul caruia forma de unda a cel putin uneia dintre marimile electrice de circuit (t.e.m., curent electric de conductie sau tensiune electrica) nu este sinusoidala

In circuitele electronice (al caror rol consta in procesarea semnalelor) nu se utilizeaza notiunea de regim deformant, deoarece multe din aplicatiile electronicii constau in producerea unor semnale electrice cu forma nesinusoidala ( de exemplu: dreptunghiulara, triunghiulara sau in dinti de fierastrau, trenuri de impulsuri, semnale electrice modulate etc. - v. cursul 'Semnale, circuite si sisteme'/SCS).

In alte aplicatii ale electronicii, in care semnalele (marimile electrice de circuit) trebuie sa si pastreze aceeasi forma de unda, sinusoidala sau nu (cum este cazul generatoarelor de semnal sinusoidal, amplificatoarelor, atenuatoarelor etc.), deformarea semnalelor (nedorita in aceste aplicatii) se studiaza prin asa numita analiza a distorsiunilor. Distorsiunile se datoresc neliniaritatii circuitelor electronice si/sau caracteristicilor de transfer pe care le au unele din etajele circuitelor. Deoarece studiul distorsiunilor se face la alte cursuri (S.C.S., 'Masurari electronice', 'Dispozitive si circuite electronice' s. a.), in cadrul acestui subcapitol nu va fi abordat acest caz.

In circuitele electrice din aplicatiile industriale (cu puteri mari), regimul deformant apare cu efecte insemnate in retelele sistemelor energetice locale sau nationale, care toate sunt de tip trifazat, cauzele aparitiei acestui regim ( care de la un anumit 'nivel' este daunator si deci inacceptabil, trebuind sa fie eliminat) fiind: alimentarea utilizatorilor cu tensiuni la borne nesinusoidale (datorate unor imperfectiuni constructive ale alternatoarelor, din centralele electrice sau caracteristicilor neliniare ale unor elemente de circuit cu miezuri magnetice saturate -alternatoare si transformatoare, aflate in amonte de barele de alimentare cu energie electrica a utilizatorului); alimentarea utilizatorilor prin cabluri trifazate subterane de lungime mare; efectul corona (v. Fizica) din liniile trifazate de transport de inalta tensiune, de la 110kV in sus; conectarea la reteaua trifazata de alimentare cu energie electrica a unor aparate asa-zis deformante (mutatoare de mare putere, motoare electrice cu 'fier' saturat, transformatoare pentru sudare etc.) precum si a bateriilor de condensatoare paralel simple folosite la compensarea puterii reactive.

Prezenta in retelele electrice trifazate a unui regim deformant duce la aparitia unor efecte nedorite care aduc prejudicii, uneori insemnate, atat consumatorilor cat si operatorilor (care realizeaza transportul si distributia energiei electrice), dar si unor sisteme colaterale (cum ar fi cele de telecomunicatii). Aceste efecte daunatoare constau in aceea ca aparatele deformante devin generatoare de armonici, astfel ca intre sursele producatoare de tensiuni electromotoare sinusoidale si intre aparatele deformante apare o dubla circulatie de putere activa: de la sursa spre aparatul deformant ( pe unda fundamentala si in sens invers (pe armonici). Rezulta de aici o serie de consecinte nefavorabile retelei si receptoarelor conectate la retea, care au fost enumerate in 8.5.3 (cresterea puterii aparente prin componenta sa deformanta, cresterea pierderilor de putere activa in retea si la consumatori, cresterea impedantei aparente in retea -definita prin , cresterea erorilor aparatelor de masurat, de comanda - control si de automatizare, introducerea de paraziti in aparatura si instalatiile electronice etc.).

1. Particularitatile regimului deformant in retelele trifazate

O sursa trifazata de tensiuni deformata produce tensiunile:

(8.324)   

Se constata ca toate armonicele pare sunt nule si ca armonicele de ordin k=3n+1 formeaza sisteme de succesiune directa, in timp ce armonicele de ordin k=3n-1 formeaza sisteme de succesiune inversa. Armonicele de ordin k=3n formeaza sisteme homopolare.

Se mai constata ca tensiunile de linie si nu contin armonici de ordin trei sau multiplu de trei.

Valorile eficace ale tensiunilor de faza sunt:

(8.325)

iar acelea ale tensiunilor de linie:

(8.326)                       

Daca fazele generatorului sunt legate in triunghi ele vor fi parcurse de curentul de circulatie produs de tensiunea:

(8.327)                       

care este format numai din armonici de ordin trei si multiplu de trei (pentru se obtine ). Pentru a se evita aparitia curentilor de circulatie, generatoarele trifazate au, de regula, conexiunea in stea.

2. Combaterea regimului deformant

Dispozitivele de compensare a fenomenelor deformante sunt destinate absorbirii armonicelor. Acest lucru se realizeaza cu compensatoare statice alcatuite din baterii de condensatoare in serie cu bobine, alcatuind circuite dipolare L,C conectate trifazat (fig. 8.98) la reteaua de alimentare in curent alternativ.

Condensatoarele si bobinele trebuie sa aiba factori inalti de calitate pentru a nu produce pierderi de putere activa. Ele formeaza circuite rezonante serie, acordate pe frecventa armonicii de compensat. Pentru o filtrare eficienta a armonicilor produse de receptoarele deformante trebuie cunoscute atat structura armonica a undelor de tensiune si curent, cat si parametrii reali ai circuitelor.

In principiu, calculul unui compensator static al fenomenelor reactive si deformante se face astfel:

- se determina capacitatea a condensatorului, in asa fel incat, sa fie compensata puterea reactiva pe faza :

(8.328)

- se calculeaza inductivitatea conectata in serie cu condensatorul, astfel incat sa se obtina acordul de circuit rezonant serie pe armonica ce trebuie absorbita:

(8.329)             

Pentru o proiectare eficienta trebuie sa se tina seama insa de reactanta echivalenta a retelei de alimentare, de tolerantele elementelor de circuit, de efectul circulatiei altor armonici, de efectele derivei termice, de rezonanta paralel filtru-retea etc. Este posibil, insa, ca insusi filtrul sa devina, in anumite conditii de exploatare, un aparat deformant prin amplificarea unor armonici de ordin superior. De aceea este necesar ca, in functie de conditiile locale de lucru, parametrii filtrului sa poata fi ajustati corespunzator.

Deoarece conditiile locale de lucru ale filtrului pot fi temporare, o exploatare rationala a compensatoarelor statice necesita verificarea periodica, prin masurari, a incarcarii cu armonici si a acordului filtrului.