g8h14hz
A. GENERALITATI Este cunoscut din electrotehnica ca intre tensiunea de la bornele unui receptor de curent alternativ si curentul care trece prin receptor exista un defazaj, exprimat prin unghiul j (fig. 1.1). daca unghiul j=0, curentul si tensiunea sunt in faza si receptoarele sunt rezistive. Daca unghiul j>0 (s-a ales sensul pozitiv, sensul trigonometric de parcurgere a unghiurilor de la fazorul sunt inductive. Daca unghiul j<0, curentul se afla inaintea tensiunii si receptoarele sunt capacitive.
Prin factor de putere se intelege valoarea cosinusului unghiului j (cos j).
Din triunghiul puterilor (fig.1.2), triunghi in care laturile sunt proportionale cu puterile: activa P, reactiva Q si aparenta S, rezulta:

cosj=

In functie de puterea aparenta S se dimensioneaza instalatiile furnizorului de energie electrica (centrale electrice si liniile de transport). Puterea activa P este puterea pe care receptoarele (sau instalatiile) de energie electrica o transforma intr-o alta forma de putere utila: mecanica, luminoasa, chimica si chiar electrica. Pentru o utilizare cat mai buna a instalatiilor de furnizare a energiei electrice este bine cu raportul P/S sa fie cat mai aproape de unitate.
Pentru instalatiile de furnizare a energiei electrice situatia cea mai avantajoasa o reprezinta receptoarele rezistive, deoarece cosj=1, deci P=S.

Receptoarele inductive au un factor de putere cos j < 1. acestea sunt dezavantajoase pentru instalatiile de alimentare cu energie electrica, deoarece absorb de la retea atat putere activa P, cat si putere reactiva Q de valoare:

Q = P tg j ( din triunghiul puterilor)

Aceste instalatii trebuie dimensionate pentru o putere :

S= + = =

Receptoarele capacitive au de asemenea un factor de putere cos j < 1 dar debiteaza in instalatiile de alimentare putere reactiva Q, lucru la fel de dezavantajoase pentru acestea, deoarece trebuie dimensionate la o putere S>P.
Pentru instalatiile de furnizare a energiei electrice este avantajos ca in consumatorii pe care ii alimenteaza sa se gaseasca atat receptoarele inductive (care absorb puterea reactiva), cat si receptoare capacitive (care debiteaza putere reactiva), astfel ca factorii de putere ai consumatorilor sa fie cat mai apropiati de unitate.

B. EFECTUL FACTORULUI DE PUTERE SCAZUT IN INSTALATIILE ELECTRICE

Pentru a alimenta un receptor (consumator) trifazat de putere activa P si de factor de putere cos j, linia electrica trebuie sa transporte un curent electric I.

I=

Rezulta ca o data cu scaderea factorului de putere creste curentul transportat de retea, bineinteles in ipoteza aceleiasi puteri active absorbite.
Cresterea curentului are drept consecinte:
- necesitatea maririi sectiunii conductoarelor ce trebuie transportate de acest curent ;
- necesitatea supradimensionarii aparatajului de actionare (intreruptoare, contactoare) si de protectie (sigurante fuzibile, relee termice), parcurse de acest curent. Deci instalatiile in care factorul de putere este scazut sunt neeconomice, costa scump.
De exemplu o instalatie care are o putere activa de 40 kW alimentata la tensiunea 3x380/220 V si cu un factor de putere cos j1 = 0.95 absoarbe de la retea un curent:

I1 = = =64A

O alta instalatie care absoarbe aceeasi putere de la retea, dar cu un factor de putere mai mic ( cos j2 = 0.70), absoarbe un curent:

I2 = = = 87 A

ceea ce inseamna cu 33.7% mai mult. Primul curent ar conduce la alegerea unei sectiuni de aluminiu AFY de 25 mm2, iar al doilea la o sectiune din acelasi material de 50 mm2 . Se poate vedea usor influenta pe care o are factorul de putere atat asupra curentului absorbit cat si asupra sectiunii conductelor.
Cresterea curentului absorbit va influenta negativ si pierderea de putere din retelele de distributie si transport:

= sau

Datorita cresterii pierderii de putere pe retelele electrice de distributie ai de transport este necesar ca agregatele din centralele electrice sa fie supradimensionate pentru a acoperi si acest consum suplimentar.
Rezulta ca este important ca receptoarele si instalatiile electrice sa functioneze cu un factor de putere cat mai ridicat.

C MIJLOACE PENTRU AMELIORAREA FACTORULUI DE PUTERE

Acestea sunt:
- mijloace naturale pentru marirea factorului de putere care cuprind totalitatea masurilor ce se pot adopta fara instalatii speciale fara cheltuieli, sau cu cheltuieli foarte mic;
- mijloace artificiale pentru marirea factorului de putere care cuprind instalatii special destinate producerii energiei reactive de compensare.
· Mijloacele naturale pentru marirea factorului de putere constau in:
- masurari organizatorice privind utilarea receptoarelor electrice inductive (motoare electrice asincrone, instalatii in componenta carora un loc important il ocupa bobinajele electromagnetice, cuptoarele cu inductie sau cu arc electric, instalatiile de sudare etc.). Acestea se refera la organizarea procesului de productie, astfel incat aceste receptoare sa nu functioneze in gol, sau timpul de functionare in gol sa fie redus la minimum. Receptoarele de felul acesta trebuie sa functioneze tot timpul la parametrii nominali sau cat mai aproape de acestia, pentru a avea un factor de putere cat mai ridicat. Atunci cand functioneaza subincarcate, factorul de putere scade si energia electrica este rau utilizata. Subincarcarea se poate evita prin organizarea cat mai buna a procesului de productie, sau prin inlocuirea cu alte motoare de putere mai mica. In acest ultim caz, se verifica daca motorul de putere mai mica se comporta corespunzator la pornire (adica daca poate invinge cuplul rezistent):
- inlocuirea motoarelor asincrone (in special cale de putere mare) cu motoare asincrone de aceeasi putere, deoarece acestea au un factor de putere cos j = 1. aceasta masura se va preconiza numai atunci cand motorul sincron corespunde din punct de vedere tehnic procesului de productie;
- deconectarea transformatoarelor cand acestea sunt incarcate cu o sarcina sub 30% din sarcina nominala. Sarcina ramasa este preluata de alte transformatoare de putere mica (30% din puterea nominala a primelor), care se conecteaza anterior deconectarii transformatoarelor subincarcate;
- repararea corecta a motoarelor electrice, astfel ca acestea sa-si pastreze parametrii initiali.
Dintre mijloacele artificiale pentru marirea factorului de putere, cel mai mult se folosesc condensatoarele statice sub forma de baterii de condensatoare. Bateriile de condensatoare au cateva avantaje foarte importante:
Ø au pierderi mici si constante in timp;
Ø nu au mecanisme in miscare si uzura este foarte mica;
Ø se poate monta usor;
Ø intretinerea este deosebit de simpla;
Ø se fabrica intr-o gama de puteri deosebit de larga.
Dintre avantaje se pot enumera:
- imposibilitatea realizarii unui reglaj fin al factorului de putere. Reglajul se face numai in trepte, in functie de modul cum se conecteaza elementele bateriei.
- spatiul mare pe care il ocupa in special la puteri mari. Sunt necesare spatii special destinate montarii bateriilor de condensatoare si desi se pot monta pe verticala, de multe ori (in special la consumatorii industriali) bateriile de condensatoare ocupa suprafete importante din camera tabloului electric.
Bateriile de condensatoare se aleg in urma unui calcul tehnico -; economic. Cheltuielile Z ce se fac pentru bateriile de condensatoare (cheltuieli de investitii, de exploatare, de intretinere etc.) depun de factorul de putere (cos j) pe care il realizeaza acestea.
Factorul de putere pana la care se face ameliorarea va fi cel corespunzator cheltuielilor minime Zminim.
Aceasta valoare se numeste factor de putere optima din figura 1.3 se observa usor ca daca s-ar mari factorul de putere pana la valoarea maxima cos j = 1, cheltuielile Z ar creste, ceea ce nu este rational din punct de vedere economic. De aceea, este gresit sa se adopte o instalatie de ameliorare a factorului de putere pentru cos j = 1 fara ca anterior sa se execute calculul economic asa cum s-a aratat mai sus. Pentru instalatiile noi cu puterea mai mare de 50kW si care ar functiona cu un factor de putere, astfel ca valoarea acestuia sa fie cosj=0.93. aceasta valoare poarta numele de factor de putere neutral.

D. CALCULUL CAPACITAII BATERIEI DE CONDENSATOARE

bateria de condensatoare se monteaza in paralel cu receptorul (sau instalatia) ce functioneaza cu un factor de putere scazut. In figura 1.4 se arata acest mod de legare al condensatorului a de capacitate C si reactanta capacitiva (X= )i.
Inainte de montarea condensatorului, receptorul inductiv absorbea de la retea curentul I1 si puterea reactiva Q1 si functiona cu un factor de putere scazut cosj1.

Dupa montarea condensatorului de capacitate C, receptorul absoarbe de la retea o putere reactiva:

Q2=Q1- Q,

Unde Q este puterea reactiva debitata de condensatorul C in retea. In aceasta situatie, receptorul va functiona cu un factor de putere cosj2 > cosj1 (fig.1.5). Puterea activa absorbita de receptor inainte si dupa ameliorarea factorului de putere este aceeasi (p). Rezulta:

Q1 = p tgj1 si Q2= P tgj2

Puterea reactiva debitata de condensator in retea mai rezulta din relatia

Q=UfIc sinj

Unde j=900, deoarece exprima defazajul dintre tensiunea de faza Uf si curentul ce trece prin condensator Ic
Deci:

P(tg j1 -; tg j2)= UfIc

Unde:
Ic= = = CUf

Daca tensiunea la bornele receptorului si a condensatorului este U (adica tensiunea de linie), capacitatea acestuia.

C=

Se inlocuieste U cu U rezulta:

C= =

Aceasta relatia ne arata ca valoarea capacitatii legate intre doua faze este de trei ori mai mica decat capacitatii legate intre faza si nul in conditiile debutarii aceleasi puteri reactive in retea.
La retelele trifazate, bateriile de condensatoare se pot lega fie in stea, fie in triunghi (fig.1.6).

In cazul cand bateriile de condensatoare sunt legate in stea relatia devine:

P(

Unde Cy este capacitatea pe faza a bateriei. Rezulta:

Cy= =

daca bateriile sunt legate in triunghi relatia se va scrie:

P(tgj1-tgj2)=3wCAU2

Unde CA este capacitatea pe faza a bateriei.
Rezulta:

CA=

Comparand cele doua relatii de mai sus, rezulta ca valoarea necesara a capacitatii bateriei, cand legarea se face in triunghi, este de trei ori mai mica decat in cazul legarii in stea, in conditiile in care se debiteaza in retea aceeasi putere reactiva:

CA=

E. LEGAREA BATERIILOR DE
CONDENSATOARE

Bateriile de condensatoare, pentru ameliorarea factorului de putere se poate lega:
Ø descentralizat
* la bornele fiecarui receptor de mica putere, ca in figura 1.4, daca acestea sunt in numar foarte mare. Astfel se procedeaza pentru marirea factorului de putere al lampilor fluorescente. Condensatorul este montat in corpul de iluminat si legat in paralel cu acesta la bornele de alimentare (fig.1.7). fara condensator, circuitul lampii fluorescente ar functiona cu un factor de putere cosj1=0.55. pentru a aduce circuitul acestei lampi la un factor de putere cosj2=0.95 este necesar un condensator de capacitate C. Aceasta se poate calcula cu relatia 7.15 unde:
P=50W puterea circuitului lampii fluorescente de 40 W (10W reprezinta puterea balastului L necesar functionarii lampii) tg j1=1.518 (din cosj1=0.55 rezulta j1=56.60); tg j2=0.329 (din cosj2=0.95 rezulta j2=18.20);
w=2 pF= 100prad/s (unde f=50Hz este frecventa retelei);
Uf= 220V (tensiunea de faza a retelei de alimentare).
Rezulta:

C=

* la bornele fiecarui receptor de mare putere (motor asincron, cuptor electrice ca in figura 1.6 a sau b. De regula se alege sistemul de legare a bateriilor de condensatoare in triunghi; deoarece acestea au o capacitate mai mica. Bateriile de condensatoare cand sunt deconectate de la retea (se afla in gol), au o tensiune la borne de 380 V (sau 220V la legarea in stea). Pentru a inlatura pericolul de electrocutare, dupa scoaterea din functiune a receptorului se deschide contactorul C2 cupland astfel bateriile de condensatoare pe rezistentele electrice R, pana cand acestea se descarca.

Ø centralizat:
* la bornele tablourilor electrice (tablouri generale sau principale) atunci cand adoptarea sistemelor de legare aratate mai sus este costisitoare. In principiu, legarea bateriilor de condensatoare la barele tabloului se face ca in figura 7.8. cele trei baterii de condensatoare la barele tabloului se face ca in figura 1.8. cele trei baterii de condensatoare B1…B3 se pot lega la barele tabloului electric prin inchiderea contactoarelor C1…C3 utilizand butoanele b1…b6, dupa ce, anterior, intreruptorul automat a fost inchis. Bateriile prin desfacerea contactoarelor C1…C3, acestea se descarca pe grupul de rezistente R, actionand contactoarele C4…C6 cu butoanele b1…b12;

Ø moderat centralizat
* o parte din baterii se leaga descentralizat, in paralel cu receptoarele electrice si altele se leaga centralizat, la barele tabloului general.

F. EXPLOATAREA INTRETINEREA SI REPARAREA INSTALATIILOR DE AMELIORARE A FACTORULUI DE PUTERE

Inainte de montarea condensatoarelor, se verifica starea lor. Pentru aceasta se verifica ca izolatoarele electrice sa fie intregi si etas fixate pe carcasa condensatorului. De asemenea, se verifica sa nu existe scurgeri de ulei pe la incheieturile carcasei si aceasta sa nu prezinte deformari. Condensatoarele cu defecte nu se vor monta in cadrul bateriei. Dupa montare se executa legaturile electrice intre bornele condensatoarelor pentru formarea bateriilor, apoi legaturile intre baterii si in final legaturile de la acestea la barele tabloului electric (sau bornele receptorului). Aceste legaturi se executa in bare sau cabluri electrice.
Inainte de darea in exploatare, se face o proba a bateriilor prin conectarea la retea de trei ori, timp de cate cinci minute. Intre conectari se face o pauza de doua minute.
In timpul fiecarei conectari pot sa apara:
- scantei la bornele condensatoarelor. In acest caz se strang legaturile electrice;
- scurtcircuit. In acest caz se refac legaturile electrice sau, daca acestea sunt bune, se inlatura condensatorul strapuns, verificandu-se fiecare element in parte;
- zgomote in carcasele condensatoarelor. Condensatoarelor defecte se inlocuiesc.
Dupa aceste probe de punere in functiune, bateriile de condensatoare se conecteaza la retea timp de 24 de ore. In acest interval de timp se verifica periodic curentul pe fiecare faza si temperatura mediului. Daca curentii nu sunt egali pe faze, prin masurari din aproape in aproape se depisteaza elementele care produc dezechilibrul (acestea se inlocuiesc). Cand temperatura mediului ajunge la 300C (in special vara), bateriile se deconecteaza de la retea.
In prima luna de functionare se va efectua zilnic, da catre personalul de exploatare, un control vizual privind starea condensatoarelor. Elementele in care se aud zgomote si din care apar scurgeri de ulei se inlocuiesc.
Toate interventiile la condensatoare se fac numai dupa ce bateriile au fost scoase de sub tensiune si descarcate.
Trimestrial, se executa o verificare generala in cadrul careia:
- se desfac legaturile electrice, se curata contactele cu peria de sarma pana la obtinerea luciului metalic, se refac legaturile electrice strangandu-se cu atentie;
- se verifica daca aparatajul de actionare si protectie are legaturile electrice bine stranse si nu prezinta deteriorari. Se verifica prin incercari functionarea circuitului de comanda.
In timpul exploatarii, bateriile de condensatoare nu se vor lasa in gol, incarcate. Imediat dupa scoaterea din functiune, ele se leaga pe rezistentele de incarcare. Imediat dupa scoaterea din functiune, ele se leaga pe rezistentele de descarcare. De cele mai multe ori, acestea sunt becuri electrice plasate deasupra stelajului de sustinere a bateriilor, sau in incinta intreprinderii (pot face parte din iluminatul de paza al acesteia).
Elementele de condensatoare defecte (din care curge uleiul, din care se aud zgomote la punerea sub tensiune, care au izolatoarele defecte etc.) nu se repara in intreprindere, ci in atelierele speciale ale intreprinderilor furnizoare de astfel de elemente.

G. NORME DE TEHNICA SECURITATII MUNCII

Principala norma de securitate a muncii care trebuie sa se tina seama in utilizarea bateriilor de condensatoare se refera la deconectarea acestora imediat dupa oprirea receptorului la care sunt legate si conectarea pe rezistentele de descarcare. Acest lucru este obligatoriu, intrucat la bornele bateriilor de descarcare. Acest lucru este obligatoriu, intrucat la bornele bateriilor de condensatoare tensiunea este de 380V sau 220V, in functie de modul cum se realizeaza legatura acestora (in triunghi sau in stea).
Bateriile de condensatoare se monteaza pe stelaje metalice, special confectionate si ocupa un loc aparte, ingradit cu plasa de sarma, in apropierea receptorului sau tabloului electric la care sunt conectate. In timpul functionarii, accesul in spatiul destinat bateriile de condensatoare se face numai de catre personalul autorizat. La intrarea in zona, o data cu deschiderea usii de acces, automat bateriile de condensatoare sunt deconectate de la retea si conectate pe rezistentele de descarcare. De cele mai multe ori, ca rezistente de descarcare sunt folosite becurile incandescente, pentru a putea observa cu usurinta ca acestea se afla in regimul de descarcare.