Factorul de putere

 

1

PREZENTARE GENERALA

BATERIE AUTOMATA COMPENSARE FACTOR DE PUTERE (cos φ)

  1. CE ESTE FACTORUL DE PUTERE SI PUTEREA REACTIVA

Intr-un circuit electric de curent alternativ, care este simetric si echilibrat, notiunea de putere este bine definita in:

  • Puterea aparenta Scare determina limitele de utilizare a unei instalatii, aparat sau masina electrica, deoarece dimensionarea acestora depinde exclusiv de tensiunea de serviciu si curentul admisibil (S=U*I)
  • Puterea activa P aceasta exprima transformarea energiei electrice intr-o alta forma de energie (calorica, mecanica, etc.)
  • Puterea reactiva Qcare insoteste producerea, transportul, distributia si consumul puterii active. Puterea reactiva poate fi pozitiva, cand in circuitul electric predomina reactanta inductiva, sau negativa, cand in circuit predomina reactanta capacitiva (condensatoare). Deci un circuit daca este inductiv absoarbe putere reactiva iar daca este capacitiv furnizeaza putere reactiva.

Intr-un circuit electric trifazat, raportul dintre puterea activa si puterea aparenta se numeste factor de putere K=P/S.

Intr-un sistem vectorial, toate aceste notiuni apar ca in figura urmatoare:

2

S= P2 + Q2

cosφ = P(W) / S(VA)

  1. DE CE TREBUIE COMPENSATA PUTEREA REACTIVA INDUCTIVA

Imbunatatirea factorului de putere K si aducerea lui la o valoare optima (uzual cosφ = 0,93) este necesara din ratiuni tehnico-economice:

  • Cresterea puterii disponibile a transformatorului
  • Scaderea pierderilor de putere activa (prin incalzire) in cabluri
  • Scaderea sectiuni necesare a cablurilor
  • Scaderea pierderilor de tensiune in retea

Pierderile totale de putere activa, sunt invers proportionale cu patratul factorului de putere. De exemplu pentru o instalatie electrica care functioneaza cu o anumita putere activa P si cu un cosφ = 0,7 , pierderile de putere activa sunt de doua ori mai mari decat daca instalatia respectiva ar lucra cu aceiasi putere activa necesara dar cu un factor de putare cosφ = 1.

In afara avantajelor ce rezulta din cele de mai sus prin imbunatatirea factorului de putere mai exista un avantaj, pur economic si anume ELIMINAREA PLATII PENALIZATOARE A ENERGIEI REACTIVE PERCEPUTA DE FURNIZORUL DE ENERGIE ELECTRICA. Aceasta penalizare este:

  • 10% din valoarea energiei active consumate pentru un factor de putere cosφ >= 0,65
  • 30% din valoarea energiei active consumata pentru un factor de putere cosφ < 0,65
  • 0% penalizare pentru cosφ >=0,93
  1. CUM SE CALCULEAZA PUTEREA REACTIVA CAPACITIVA NECESARA

Pentru o instalatie electrica, avand consumatori inductivi, care absorb putere reactiva, si care lucreaza cu un factor de putere cosφ1 , puterea reactiva capacitiva necesara pentru imbunatatirea factorului de putere deci obtinerea cosφ2, se determina din diagrama vectoriala urmatoare:

21

In care:

  • S = putere aparenta
  • P = putere activa
  • Q1 = putere reactiva a consumatorilor inductivi
  • Q2 = putere reactiva inductiva dupa compensare
  • Qc = putere reactiva capacitiva necesara pentru compensarea factorului de putere
  • Cosφ1 = factor de putere inainte de compensare
  • Cosφ2 = factor de putere dupa compensare

    Qc = Q1 – Q2

    Qc = P(tgφ1 – tgφ2)

    Pentru un factor de putere cosφ = 0,93 (valoarea de la care furnizorul de energie electrica nu mai percepe penalizari), tgφ = 0,4.

    Deci practic formula devine:

    Qc = P(tgφ1 – 0,4)

    1. CE ESTE O BATERIE AUTOMATA DE CONDENSATOARE (BAC) PENTRU COMPENSAREA FACTORULUI DE PUTERE

    Compensarea factorului de putere se face prin introducerea in instalatia elctrica de condensatoare de putere mono sau trifazate, specializate, care vor furniza putere reactiva capacitiva, de semn invers puterii reactive inductive, ducand la micsorarea acesteia.

    De regula compensarea se face prin montarea de banci de condensatoare, in trei montaje:

  • Banci de condensatoare fixe
  • Banci de condensatoare comandate automat
  • Banci de condensatoare mixte: fixe si automate Datorita avantajelor pe care le prezinta, cele mai uzuale sunt bancile de condensatoare comandate automat. Schematic montajul respectiv arata astfel:2M = consumatori inductivi

    C = baterii de condensatoare

    KM = contactori specializati cuplarea banci de condensatoare

    RAFP = regulator automat factor putere

    Bateriile automate de condensatoare pentru compensarea factorului de putere, BAC, furnizate de IMSAT MARITIME S.A. Constanta sunt compuse din:

  • Regulator automat factor de putere, seria DCRE, fabricatie LOVATO, in 5, 7 sau 12 trepte. Acesta introduce in instalatie atata putere reactiva capacitiva cata este necesara la un moment dat pentru mentinerea unui factor de putere prestabilit (de regula 0,93)
  • Contactori specializati pentru cuplarea bancilor de condensatoare, fabricatie LOVATO, prevazuti cu rezistente de limitare a varfurilor de curent si contacte anticipate.
  • Condensatoare trifazate, ecologice, din polipropilena metalizata in carcasa de aluminiu, prevazute cu rezistente de descarcare si dispozitiv hidrostatic de protectie, fabricatie ENERLUX.
  • Sigurante de protectie circuit de forta si circuit de comanda, fabricatie ETI.
  • Cutie sau dulap metalic, grad de protectie IP55, acoperit cu vopsea aldehidicapolimerizata 70 microni, fabricatie COST.E.L.
  • Transformator de curent, fabricatie CELSA.
  • La cerere, separator cu lame, cu dubla separare vizibila si transformator de separatie.

PRET INFORMATIV SI CUM SE CALCULEAZA PERIOADA DE AMORTIZARE A INVESTITIEI.

Pretul informativ pentru achizitia unei BAC in care este cuprins: masuratorile electrice in instalatie, studiul si solutia tehnica, executia si montajul este cuprinsa intre 9,35 si 13,70 EURO / kVAr instalat , functie de puterea reactiv capacitiva insatalata .

Amortizarea investitiei, informativ se situeaza in intervalul 2-6 luni de la punerea in functiune a BAC, functie de puterea bateriei de condensatoare si de numarul de ore de functionare a instalatiei electrice pentru care se imbunatateste factorul de putere.

Amortizarea investitiei, informativ se situeaza in intervalul 2-6 luni de la punerea in functiune a BAC, functie de puterea bateriei de condensatoare si de numarul de ore de functionare a instalatiei electrice pentru care se imbunatateste factorul de putere.

  • Factorul de putere, cosφ1, inainte de compensare este 0,60 (adica tgφ1=1,33)
  • Factorul de putere cosφ2, dupa compensare este de 0,93 (adica tgφ2=0,4)
  • Puterea activa este P = 200KW
  • Valoarea unui KWh, perceputa de furnizorul de energie electrica este 2800lei
  • Instalatia electrica lucreaza 21 zile pe luna in doua schimburi adica 21×16=336 ore.
  • Din aceste date rezulta:
    • Puterea reactiva capacitiva necesara

    Qc = P(tgφ2 – tgφ1) = 200(1,33-0,4) = 186Kvar

    • Valoarea facturii furnizorului de energie electrica (VF) pentru energia reactiva
    VF=186Kvar x 336ore x 2800lei / Kvar x 0,3 = 52.496.640lei
    • Puterea reactiva capacitiva totala a BAC ce se va monta = 200Kvar
    • Valoarea investitiei, la un curs EURO/Lei de 38.500Lei/EURO este (VI)
    VI = 200 x 15 x 38.500 = 115.500.000 lei
    • Perioada de amortizare (PA) este:

    PA = VI / VF = 115.500.000 / 52.496.640 = 2,20 luni (de la punerea in
    functiune a BAC 200)

 

Reclame

FACTORUL DE PUTERE

7

In domeniul energiei electrice, una din caile de conservare a resurselor energetice o reprezinta imbunatatirea factorului de putere si gospodarirea judicioasa a energiei reactive in sistemul electroenergetic. Un factor de putere ridicat reduce circulatia de putere reactiva din centralele electrice spre consumatori, micsorand pierderile de energie electrica pana la un nivel minim determinat de consumul tehnologic propriu.
Se obtine astfel o crestere a randamentelor instalatiilor de transport, transformare si distributie a energiei electrice, a sigurantei de functionare si o mai buna utilizare a retelei electrice prin reducerea puterii aparente cu care este incarcata.

Factorul de putere.
Raportul pozitiv dintre puterea activa si puterea aparenta kP=P/S se numeste factor de putere. Factorul de putere este intotdeauna subunitar, intrucat P este mai mic sau egal cu S. In regim sinusoidal, rezulta evident kP=P/S=cosΦ. Pentru o instalatie electrica a unui consumator de putere aparenta data, maximul de putere activa, adica maximum de eficacitate, se obtine la un factor de putere cat mai mare (mai aproape de unitate), un defazaj intre tensiune si curent cat mai mic, deci la un consum de energie reactiva din reteaua de distributie cat mai scazut.  Problema imbunatatirii factorului de putere este, de fapt, problema reducerii puterii reactive absorbite de consumator din retea.
In exploatare, factorul de putere se determina ca o valoare medie, pe baza contorizarii consumurilor de energie electrica activa si reactiva intr-un interval de timp specificat.

32

   Factorul de putere stabilit in instalatiile electrice in lipsa surselor specializate de compensare a puterii reactive se numeste natural. Factorul de putere minim pe care trebuie sa-l asigure consumatorul la punctul de delimitare cu reteaua furnizorului pentru a nu plati energia reactiva consumata se numeste neutral; este stabilita la 0,92 pentru joasa tensiune si 0,95 in sistemul de medie/inalta tensiune. Factorul de putere pentru care cheltuielile de investitie si exploatare sunt minime se numeste optim; el este determinat pe baza unui calcul tehnico-economic.

   Cauzele scaderii factorului de putere, respectiv a cresterii consumului de putere reactiva. Marea majoritate a sarcinilor electrice consuma nu numai putere activa, ci si putere reactiva; in cazul motoarelor si transformatoarelor, este necesara pentru magnetizare, iar in cazul convertizoarelor statice, pentru control si comutatie.
a) Liniile electrice aeriene sunt consumatoare de putere reactiva datorita inductantei proprii L dar si generatoare de putere reactiva datorita capacitatii lor fata de pamant C. In ansamblu, bilantul puterii reactive poate fi excedentar sau deficitar, in functie de raportul dintre cele doua componente.
b) Motoare electrice. Puterea reactiva absorbita de un motor asincron este determinata in mare parte de puterea reactiva absorbita la mers in gol Q0 , puterea reactiva absorbita de un motor asincron variaza putin cu sarcina. Puterea reactiva la mersul in gol se poate determina in raport cu puterea nominala Pn si numarul de poli.
c) Transformatoare electrice. Un transformator cu puterea aparenta S absoarbe puterea reactiva Q compusa din puterea reactiva de mers in gol Q0 si puterea reactiva asociata tensiunii de scurtcircuit si incarcarii transformatorului.

Implicatiile energetice ale factorului de putere. Un factor de putere redus are o serie de consecinte negative asupra functionarii retelei electrice, printre care:
– cresterea pierderilor de putere activa;
– investitii suplimentare;
– cresterea pierderilor de tensiune in retea;
– reducerea capacitatii instalatiilor energetice.

  1. a) Supradimensionarea instalatiilor de producere, transport si distributie a energiei electrice si, implicit, cresterea valorilor de investitii. Dimensionarea se face pe baza intensitatii curentului electric. Pentru o aceeasi putere activa, o data cu scaderea factorului de putere, respectiv cu cresterea puterii reactive creste curentul, ceea ce duce la majorarea dimensiunilor elementelor instalatiei.
    b) Cresterea pierderilor de putere activa. Pierderile de putere variaza direct proportional cu patratul puterii reactive si invers proportional cu patratul factorului de putere.
    c) Scaderea capacitatii de incarcare a instalatiilor cu putere activa. Elementele retelei electrice care alimenteaza consumatorul cu o putere activa P1 la un factor de putere cosΦ1 se dimensioneaza pentru producerea, transportul sau/si transformarea puterii aparente S=P1/cosΦ1 imbunatatirea factorului de putere la o valoare cosΦ2 face posibila marirea puterii active ce poate fi consumata cu aceeasi structura a retelei electrice la valoarea P2=S·cosΦ2.
    d) Cresterea pierderilor de tensiune in retea. Pe langa scaderea capacitatii de incarcare a retelei, transportul puterii reactive produce pierderi de tensiune suplimentare fata de cele produse de puterea activa, o data cu cresterea valorii puterii reactive Q creste si valoarea pierderilor de tensiune, ceea ce conduce la necesitatea supradimensionarii sectiunii conductoarelor retelei.

Compensarea puterii reactive
Imbunatatirea factorului de putere se realizeaza prin:
– metode tehnico-organizatorice (metode/mijloace naturale) care constau in aplicarea unor masuri de rationalizare a exploatarii, cu cheltuieli reduse si fara prevederea unor instalatii suplimentare;
– metode de compensare a consumului de putere reactiva prin utilizarea unor surse specializate de putere reactiva.

  Mijloace naturale de reducere a consumului de putere reactiva. Sursa principala a consumului de putere reactiva este in utilizarea motoarelor asincrone si a transformatoarelor in regim de incarcare redusa.
a) Motoare electrice. Reducerea consumului de putere reactiva se obtine prin:
– inlocuirea motoarelor subincarcate cu motoare de putere mai mica, incarcate cat mai aproape de sarcina nominala;
– functionarea cu infasurarile statorului in conexiunea stea in perioadele de sarcina redusa sub 1/3 din sarcina nominala, revenind la conexiunea normala triunghi in perioadele de sarcina nominala;
– intreruperea functionarii motorului pentru durate de mers in gol mai mari de 10 s (metoda se recomanda si la transformatoarele de sudura); – folosirea motoarelor sincrone la puteri peste 100 kW, daca nu este necesara reglarea turatiei. Aplicarea uneia sau alteia dintre metodele naturale este justificata pe baza unui calcul tehnico-economic.

  b) Transformatoare electrice. Reducerea consumului de putere reactiva se obtine prin:
-inlocuirea unui transformator subincarcat cu altul de putere mai mica (problema inlocuirii se pune la incarcari sub 50% din puterea nominala mai mult de 1500 h/an);
– functionarea transformatoarelor conectate in paralel in reteaua de distributie a unui consumator dupa un grafic de pierderi minime.

  Surse specializate de putere reactiva. Instalarea surselor specializate de putere reactiva -baterii de condensatoare, compensatoare sincrone – in scopul ridicarii factorului de putere pana la valoarea ceruta – neutrala sau optima – se ia in considerare dupa ce au fost epuizate mijloacele naturale de reducere a consumului de putere reactiva. in reteaua de distributie a consumatorului se utilizeaza condensatoarele; compensatoarele sincrone (la puteri mai mari de 20 MVAr) sunt recomandate in reteaua de transport de inalta tensiune sau in unitatile de producere a energiei electrice.

 

Masurarea prizei de pamant

5

Masurarea prizei de pamant
Priza de pamânt este un dispozitiv prin intermediul caruia se realizeaza o legatura electrica
conductoare directa cu pamântul a carcaselor metalice ale masinilor si aparatelor electrice sau a unor noduri (puncte) ale retelelor electrice pentru asigurarea functionarii corecte ale acestora si cu scopul protejarii personalului de exploatare impotriva tensiunilor accidentale care pot sa apara in functionare normala sau in regim de avarie.
Dupa modul de realizare ele pot fi:
– naturale (elemente metalice ale constructiilor din beton armat, mantalele metalice ale cablurilor subterane, conductele instalatiilor de apa sau gaze etc.);
– artificiale (realizate din tevi de otel zincat sau de cupru sau chiar din table de otel zincat sau de cupru).
Dupa complexitate, se clasifica in:
– simple (singulare) – realizate dintr-un singur corp conductor (electrod) ingropat in pamânt;
– multiple – obtinute prin legarea electrica cu ajutorul unor conductoare de mica rezistenta a mai multor prize simple de tipuri diferite.
Rezistenta unei prize de pamânt trebuie sa aiba o valoare cât mai mica, astfel incât caderea de tensiune pe aceasta rezistenta sa fie sub limita periculoasa pentru electrocutare. Intrucât aceasta rezistenta depinde de elementele constructive ale prizei, conductibilitatea electrica a solului (prin umiditate si sarurile continute, temperatura) este necesara masurarea periodica a acestor rezistente.

Masurarea rezistentei electrice a prizelor de pamânt se face numai in c.a. pentru a evita efectele de polarizare a solului, de corodare si electroliza care ar avea loc daca s-ar utiliza c.c.

51

Pentru determinarea rezistentei electrice a unei prize de pamânt (P) este necesara o alta priza,auxiliara (PA) pentru a se inchide circuitul de masurare. Daca se considera ca intre P si PA se aplica o tensiune continua U, variatia potentialului electric de-a lungul liniei care uneste prizele P si PA apare ca in fig. 4.17,b. Cu exceptia zonelor de raza r, care depinde de dimensiunile prizei si de conductivitatea solului, potentialul prizelor ramâne practic constant.
Rezistentele prizelor sunt:Rp=Up/Ip,RpA=UpA/IpA
unde:
UP, UPA sunt tensiunile prizelor fata de pamânt;
IP, IPA curentii care circula prin prizele P, PA.
Se constata ca practic, la o distanta de 20 m de priza, densitatea curentului dispersat in pamânt este
neglijabila, astfel ca este necesar ca distanta dintre P si PA sa fie de 40 m.
Pentru masurarea diferentei de potential dintre priza si pamânt se foloseste o a treia priza, numita priza sonda S, amplasata in zona de potential nul. Cele trei prize P, S, PA pot fi situate in linie dreapta sau in vârfurile unui triunghi.
Metoda ampermetru – voltmetru

Jesus

Tensiunea alternativa de alimentare se obtine cu transformatorul T. Pentru o masurare precisa este necesar ca RV sa fie cât mai mare fata de RS. In acest caz RP se determina cu relatia:Rp=Up/Ip
Daca aceasta conditie nu este indeplinita, UP este:

Up=Uv(1+Rs/Rv)

O alta metoda este metoda celor trei masuratori, sau varianta Nippold, utilizând fie metoda ampermetru
– voltmetru, fie metoda puntii de c.a., prin legarea succesiva, doua câte doua, a prizelor P, S, PA¢.
Metoda este greoaie si destul de imprecisa.
Metoda de compensatie
Este metoda cea mai practica, utilizata pe scara larga (fig. 4.19).

lumina

Tensiunea alternativa este furnizata de un convertor static. In secundarul unui transformator de curent TC se monteaza o rezistenta R0 de valoare cunoscuta. Prin deplasarea cursorului rezistentei R0 se obtine echilibrul puntii (curent nul in detectorul de nul N).

Up=U0 RpIp=RoIo

Daca raportul de transformare al transformatorului de curent este 1:1, atunci:Rp=R0

 

 

 

Schema generala de principiu a unei instalatii electrice casnice

Schema de mai jos e cea intalnita,
	inca, in cele mai multe locuinte construite in vremuri tovarasesti
	si, chiar daca e simplificata, principiala, include toate elementele
	construc-tive ale unei instalatii electrice casnice: contor de
	energie electrica, tablou electric(cofret, panou de sigurante),
	prizesi aparate electrice(masina de spalat, frigider, TV, PC,
	...), intrerupatoare si lumini(lustre, aplice), conductoare si
	doze(de derivatie, de aparat). 
Instalatia electrica din
	locuinta e un circuit de curent alternativ monofazat; monofazat = o
	singura faza, unica, numita, de-acu'nainte, Faza; alternativ =
	alterneaza polaritatile(schimba sensul) curentului si tensiunii de


	
	50 de ori pe secunda, cu frecventa de 50Hz(hertzi) adica, la o
	toleranta de 1%(daca nu se stabileste altfel prin contractul de
	furnizare); valoarea eficace a tensiunii electrice in instalatie
	este de 230Vca(volti curent alternativ) ±10% - in notatia engleza,
	Vac(volts alternative current -, conform standardelor
	Comisiei Electrotehnice Internationale 
	IEC(International
	Electrotechnical Commission). 
Conductoarele electrice
	aflate in tuburile PVC(PolyVinyl Chloride) protectoare sunt
	trei la numar: doua pentru alimentarea aparatelor electrice -
	Faza(firul activ, periculos pt. sanatate), respectiv
	Nulul(neutru sau nul de lucru) - si unul pentru protectia
	chiriasilor la defectele de izolatie ale aparatelor sau cablurilor
	electrice - Impamantarea(nul de protectie sau pamant), ca
	in prizele Schuko(SchutzKontakt = contact de
	protectie).Faza si Nulul trec prin sigurantele de
	protectie(fuzibile sau automate) ale fiecarui circuit(lumini sau
	prize), Impamantarea - niciodata. Identificarea usoara si sigura
	a conductoarelor se face dupa un cod standardizat(IEC 60446) al
	culorilor:maro pt. Faza,
	albastru pt. Nul si
	doua culori - verde si galben - pt. Impamantare;
	in instalatiile electrice si mai vechi poti avea surpriza altor
	coduri: Faza - negru, Nul - cenusiu, Impamantare - rosu sau variante
	monocrome - trei conductoare de-o culoare.
3

Schita electrica a instalatiilor de iluminat

Cel mai simplu circuit electric de 
iluminat din apartament include elementele de baza : o lampa(cu 
incandescenta, fluorescenta, …), un intrerupator simplu(SPST), o doza de
 distributie si cablurile electrice de legatura.
Instalatia electrica este schitata in culori si nu respecta simbolurile
tehnice, dar este facuta pe intelesul tuturor celor ca vor sa realizeze o
 instalatie electrica de iluminat. Punctele negre reprezinta legaturile 
cablurilor electrice intre intrerupator si lampa, legaturi electrice ce 
se realizeaza manual in doza de distributie.

4
In partea dreapta e varianta extinsa de comanda, cu un intrerupator 
simplu, a doua sau mai multe becuri separate aflate pe tavan sau perete.
O precautie suplimentara impotriva curentarii este, asa cum se vede 
si-n desen, conectarea Nulului la partea filetata a fasungului(duliei) 
becului.
Impamantarea nu e inclusa in desen dar e obligatorie in cazul corpului de iluminat cu parti metalice exterioare.
 
 
Comanda a trei becuri cu un intrerupator dublu
Schema electrica de conectare a lustrei clasice cu trei brate 
utilizeaza un intrerupator dublu pentru comanda unui bec la una dintre 
pozitii respectiv a celorlalte doua becuri in derivatie in pozitia a 
doua.
 Impamantarea-i obligatorie cand lustra e metalica.
O masura de 
protectie suplimentara e conectarea Nulului la partea filetata a 
fasungului fiecarui bec, ca in schema.
5