Transformatoarele din rețelele de medie tensiune transferă perturbațiile de la un consumator la altul

Căderi de tensiune în rețeaua de alimentare cu energie electrică. Cauze și efecte

Energia electrică care tranzitează rețelele electrice de la producători la consumatori este prezumată ca fiind o marfă care respectă toate normele de calitate. Cel puțin așa o plătim noi, consumatorii. Și în cea mai mare parte a timpului așa este, însă mai intervin și excepții de la regulă deoarece întreaga rețea electrică este un sistem viu, dinamic, cu intrări si ieșiri nenumărate, aleatorii, cu fenomene externe imprevizibile precum fenomenele atmosferice. Excepțiile însă, atunci când marfa opacă pe care o cumpăram de la furnizorul de energie electrică nu are caracteristicile de calitate la care ne asteptăm, în imensa majoritate a cazurilor sunt provocate de modul în care ne comportăm tot noi, consumatorii. Rețeaua de distribuție de dincolo de contor nu are o putere infinită, iar felul în care înțelegem să folosim această marfă prețioasă, energia electrică, ne afectează atât pe noi înșine cât și pe ceilalți consumatori racordați ca și noi la rețeaua de distribuție, financiar în primul rând dar și sub aspectul continuității în alimentare.

 

Fig.1 Cadere tensiune la pornire directa

 

Fig.2 Cadere tensiune la pornire directa – zoom.

Figura 1 si Figura 2 Prezintă înregistrarea curbelor de tensiune și a curenților de sarcină la un consumator – moară de cereale. Acest consumator este conectat la rețeaua electrică de medie tensiune prin intermediul unui transformator 20 kV/0,4kV propriu, contorizarea este pe partea de medie tensiune iar între transformator și hala principală de producție unde este amplasat tabloul electric general de distributie (TEG) este o distanța de circa 150 m. Modul de funcționare este o singură tură, cu pauză la mijlocul zilei. Monitorizarea s-a efectuat pe circuitul de joasă tensiune de alimentare cu energie electrică de la transformator, la intrarea in TEG, timp de 7 zile.

Din TEG este alimentat motorul electric asincron principal de acționare a instalației care este pornit prin conectarea directă la rețea.

Rezultatul:

• Curenți absorbiți la pornire de circa 8-10 ori – (~900 A) curentul de sarcină (~120A);
• Cădere de tensiune mare (~180V) pe perioada pornirii motorului.

Efecte:

• Pagube proprii : Solicitări electrodinamice și termice foarte mari în înfășurarea motorului de acționare și în conductoarele de alimentare cu risc foarte mare de defectare prin deteriorarea izolațiilor;
• Pagube propagate în rețea și care afectează alți utilizatori: Apariția pe perioada pornirii motorului a unei căderi de tensiune care cu siguranță va influența alți consumatori racordați la aceeași rețea: resetarea unor surse statice care alimentează diverse utilaje, calculatoare, electrocasnice, efect de flicker pentru iluminat.

 

Fig.3 Efect pornire directa – cadere tensiune in retea trafo 1000kVA.

 

Fig.3.1 Efect pornire directa – cadere tensiune in retea trafo 1000kVA

 

Fig.4 Efect pornire directa – cadere tensiune in retea trafo 630kVA

 

Fig.4.1 Efect pornire directa – cadere tensiune in retea trafo 630kVA

 

Fig.5 Repunere in functiune – dupa caderea de tensiune1000kVA

Figura 3, Figura 3.1, Figura 4, Figura 4.1, Figura 5 Prezintă înregistrarea curbelor de tensiune, a puterii active totale și a curenților pe faze la un consumator care se alimentează cu energie electrică din rețeaua de medie tensiune de 20 kV prin intermediul a două transformatoare 20kV/0.4 kV, unul cu puterea de 1000kVA și celălalt cu puterea de 630 kVA. Fiecare transformator susține proprii consumatori, nu sunt unul în rezerva celuilalt, funcționarea este în trei ture, 24 h, 7 zile pe săptămână. Singura legătură între cele două transformatoare este rețeaua de 20 kV comună, din care se alimentează înfășurările primare ale celor două transformatoare. Monitorizarea s-a efectuat pe partea de joasă tensiune a fiecarui transformator, simultan, cu două echipamente tip Electrical Energy Supervisor EES-RC, cu traductoare de curent tip Rogowski Coil montate la ieșirea din înfășurările secundare ale transformatoarelor. Clientul avea probleme cu întreruperi scurte de tensiune care îi provocau resetarea unor utilaje complexe si implicau mari pierderi de producție. Clientul dorea să știe dacă aceste întreruperi de tensiune aveau cauze interne sau proveneau din rețeaua de 20 kV. Pentru a clarifica acest lucru s-a decis monitorizarea simultană a celor doua transformatoare pentru a surprinde și influențele reciproce. Monitorizarea s-a efectuat timp de 21 zile.

Rezultatul:

• S-a surprins o singură cădere de tensiune sub pragul de 175 V care a fost înregistrată simultan la ambele transformatoare. Această cădere de tensiune a avut o durata de 400 milisecunde pe faza B si 600 milisecunde pe faza C. Pe faza A nu s-au înregistrat scaderi ale tensiunii sub pragul de 175 V;
• Din analiza înregistrărilor se constată umatoarele: la ambele transformatoare, în perioada imediat premergătoare căderii de tensiune, curenții de sarcină și puterea activă absorbită se mențin la valori relativ constante (~290 kW si ~450 A la transformatorul de 1000 kVA si ~90 kW si ~150 A la transformatorul de 630 kVA), niveluri solicitate de ciclul normal de producție în acel moment al zilei, fără creșteri provocate de suprasarcini sau scurtcircuite. Întrucât această cădere de tensiune se manifestă identic la ambele transformatoare și în același moment de timp iar singura legatură între ele fiind rețeaua de 20 kV, neavând pe niciunul dintre ele suprasarcini sau scurtcircuite în acel moment sau în momentele de timp imediat premergătoare, rezultă că această cădere de tensiune a provenit din rețeaua de 20 kV și s-a reflectat în înfășurarea secundară a ambelor transformatoare;
• De aici încolo se constată influența diferită asupra consumatorilor celor două transformatoare: în timp ce consumatorii recordați la transformatorul de 630 kVA au trecut practic fără să aibă niciun fel de probleme, puterea activă absorbită rămâne constantă după momentul întreruperii, deci toți consumatorii săi se mențin în funcțiune, cu totul altfel s-au comportat o parte din consumatorii racordați la secundarul transformatorului de 1000 kVA. Din curba puterii active absorbite se observă o scădere bruscă de circa 90 kW începând cu momentul căderii de tensiune. Deci circa o treime din consumatorii săi au fost deconectați. Iar parcurgerea procedurilor de repornire a luat datorită specificului tehnologic, circa 1,5 ore, timp după care puterea activă absorbită ajunge din nou la circa 290 kW. Timp pierdut din producție și o șarjă de materii prime compromise;
• Cauza probabilă ar putea fi un alt utilizator al rețelei de 20 kV situat în proximitatea utilizatorului monitorizat și care se comportă așa cum a fost surprins într-o altă monitorizare ;

Concluzii

• Rezultă de aici necesitatea conștientizării faptului că modul de comportament al oricărui utilizator al rețelei electrice se propagă în rețea și poate provoca pagube mari altor consumatori;
• Problemele prezentate puteau fi evitate dacă pentru consumatorii de putere mare, cu porniri grele, alimentarea cu energie se face prin intermediul unui convertizor static de tensiune si frecvență care limitează curenții absorbiți la pornire și implicit elimină căderile de tensiune mari care se pot propaga în rețea și pot afecta serios alți utilizatori.

 

Autor : ing. Ion Munteanu

email: ion_n_munteanu@yahoo.com , ion.munteanu@electricalenergysupervisor.com,

website: www.electricalenergysupervisor.com