Perturbațiile armonice – surse invizibile de probleme la consumatori (2)
În revista Electricianul nr. 5/2023 am prezentat efectele nocive ale funcționării defectuoase a instalației pentru compensarea factorului de putere, surprinse în urma monitorizării unui consumator timp de 7 zile. Instalația defectă a reușit deformarea undei tensiunii de alimentare și în acest fel a exportat în rețeaua de distribuție un defect local.
În acest articol vom prezenta situația inversă în care perturbațiile armonice nu sunt produse local ci provin din rețeaua de distribuție. Monitorizarea s-a efectuat la un client care dorea să reducă costurile cu energia reactivă, consumatorul fiind de tip depozit frigorific compartimentat în mai multe camere frigorifice, cu obiectiv de extindere. Alimentarea cu energie electrică se face din rețeaua de 20 kV prin intermediul unui transformator coborâtor 20 kV/0,4 kV, cu puterea aparentă de 1000 kVA. Monitorizarea s-a efectuat pe partea de joasă tensiune cu un echipament Electrical Energy Supervisor tip EES-CT cu traductoare de curent tip transformator de masură de curent 400A/100mA, pe o perioadă de 10 zile începând cu data de 27.09.2021 iar analiza rezultatelor cu programul SisMonApp-v0.28.6tc. În acest caz, pe lângă scopul principal al monitorizării de verificare a dimensionării instalației de compensare a factorului de putere, a rezultat din analiza înregistrărilor o altă situație cu potențial periculos pe care o vom expune în continuare.
Figura 1 – Diagrame Tensiune fazele A,B,C, Energia activă consumată corespunzătoare rezidiului deformant
Din diagramele prezentate în Figura 1 se observă că pe data de 30.09.2021 la ora 01.11 apare o întrerupere a tensiunii de alimentare timp de 3 minute, până la ora 01.14. Diagrama reprezentând energia activă consumată corespunzătoare rezidiului deformant prezintă o evoluție foarte lent crescătoare de la debutul monitorizării 27.09.2021 și până la momentul întreruperii după care are o creștere susținută fără să se oprească până la sfârșitul monitorizării, timp de cel puțin încă 7 zile. De asemenea din diagramele tensiunii de fază se observă o variație mult mai pronunțată între limitele minime și maxime (media valorilor la minut) începând cu momentul întreruperii de tensiune. Din diagramele următoare vom verifica dacă acest fenomen are cauze interne consumatorului monitorizat sau provine din rețeaua de distribuție.
Figura 2 – Diagrame Tensiune faza A, Curent faza A, zoom momentul întreruperii
Figura 3 – Diagrame Tensiune faza A, Putere reactivă totală, Factor de putere total, Defazaj tensiune-curent fazele A, B, C, zoom momentul întreruperii
Diagramele Tensiune faza A, Curent faza A, zoom pe momentul întreruperii prezentate în Figura 2 arată valori ale curentului de fază (circa 90 A), în scădere la momentul întreruperii și aproximativ la același nivel (după stabilizarea intrării în funcțiune a consumatorilor) la reluarea alimentării cu energie electrică. De asemenea din Figura 3 – Tensiune faza A, Putere reactivă totală, Factor de putere total, Defazaj tensiune-curent fazele A, B, C, la fel zoom pe momentul întreruperii, se constată că puterea reactivă totală tranzitată în punctul monitorizat are tot timpul valori pozitive deci caracter inductiv, defazajele tensiune-curent variază în jurul valorii de 50 grd., iar factorul de putere în jurul valorii de 0.65. În aceste condiții putem spune că întreruperea nu este imputabilă consumatorului monitorizat. Modul de comportament al sarcinii consumatorului monitorizat rezultă din Figura 4 care prezintă diagramele Putere activă și Temperatura mediului ambiant. Evident în timpul zilei atunci când temperatura mediului ambiant este mai ridicată utilajele frigorifice lucrează mai mult iar puterea activă solicitată din rețea este mai mare. Întrucât izolarea termică perfectă încă nu există, graficul puterii active absorbite urmarește graficul temperaturii mediului ambiant așa cum este normal la un consumator cu un astfel de profil.
Figura 4 – Diagrame Puterea activă totală, Temperatura mediului ambiant
Figura 5 – Diagrame Coeficienți totali distorsiune armonică curenți THDIA, THDIB, THDIC, Coeficienți totali distorsiune armonică tensiuni THDUA,THDUB,THDUC
În continuarea analizei verificăm și parametrii analizei armonice. Din Figura 5 se observă că după momentul întreruperii de tensiune se produce un salt de la 1% la 4% (apoi crește la 6%) pentru coeficientul total de distorsiune armonică tensiune pe fiecare fază, în timp ce coeficientul total de distorsiune armonică curent se menține aproximativ la valorile de dinaintea întreruperii cu o usoară creștere după. Asta confirmă că deformarea undei de tensiune nu este produsă de un echipament al utilizatorului monitorizat ci este datorată unui alt utilizator racordat la aceeași rețea de distribuție. Situația continuă chiar mai multe zile, nefiind remediată până la sfârșitul monitorizării.
Figura 6 – Diagrame Armonica fundamentală tensiune faza A (AV_HR1), Armonica tensiune ordin 5 faza A(AV_HR5), Armonica tensiune ordin 7 faza A(AV_HR7), Coeficientul total de distorsiune armonică faza A (THDUA)
Din Figura 6 se observă că armonicile de tensiune dominante sunt cele de ordin 5 și 7 și de asemenea se constată creșteri simultane cu distorsiunea și a tensiunii de fază iar aceste creșteri se produc în special noaptea tura 3 atunci când consumul de energie activă este mai scăzut. Ziua în tura 1 când consumul de energie activă este la valori ridicate distorsiunile scad pentru că sunt în funcțiune multe sarcini cu caracter inductiv care în acest caz conduc la echilibrul puterilor reactive în rețeaua de distribuție.
Fără posibilitatea efectuării unor investigații suplimentare în rețeaua de distribuție nu putem spune cu certitudine ce tip de echipament a provocat acest defect.
Însă o concluzie logică probabilă ar fi că perturbațiile înregistrate sunt produse tot de o instalație de compensare a factorului de putere care se pare că a rămas în funcțiune permanent cu treapta maximă introdusă în circuit. Având în vedere că înainte de întreruperea de tensiune funcționarea este în regulă (dovedită prin nivelul scăzut al distorsiunilor armonice), probabil că șocul restabilirii tensiunii de alimentare a condus la defectarea circuitului de comandă și control. Un astfel de defect nu este vizibil din exterior și produce pagube altor echipamente în timp, nu chiar imediat, nefiind deci de mirare că până la sfârșitul perioadei de monitorizare încă nu fusese depistat și remediat. Nefiind motive palpabile să bănui că în instalația electrică este ceva în neregulă este evident că fără monitorizarea și analiza parametrilor energetici remedierea unui astfel de defect tăcut este pur întâmplătoare. Însă 7 zile de funcționare în regim deformant al oricărui echipament sau utilaj cu siguranță că le va produce daune iremediabile care după un timp nu prea îndelungat vor provoca defectarea lor.
Ing. Ion Munteanu
Telefon 0770561981
SC SISMON SRL Craiova – Atestat ANRE tip A1-Încercări de echipamente și instalații electrice de joasă tensiune