Eficienţa energetică în sistemele electrice (VIl)

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

Eficienţa energetică în sistemele electrice (VIl)

Episodul VI a avut ca obiectiv evidenţierea calitativă şi cantitativă privind eficienţa energetică în abordarea soluţiilor ICPE ACTEL pentru realizarea echipamentelor de acţionare a troliului instalaţiilor de foraj utilizând motorul de c.c. În afara avantajelor tehnice obţinute prin utilizarea tandemului convertor c.a./c.c. - motor de c.c., s-au reliefat şi cele economice corespunzătoare situaţiei de alimentare de la reţeaua publică de energie electrică.

1. Introducere

În cele ce urmează, vom evidenţia problemele legate de utilizarea convertoarelor c.a./c.c. asociate motorului de c.c. utilizat în antrenarea troliului, componentă a instalaţiilor de foraj electric, din punctul de vedere al problemelor specifice legate de calitatea energiei electrice. Astăzi, din ce în ce mai pregnant, atât furnizorul de energie electrică, cât şi consumatorul au pretenţii, de altfel legife rate, ca fiecare să ofere condiţii standard de funcţionare.

Din punctul de vedere al furnizorului se pun două probleme:

  • consumatorul să-şi optimizeze consumul de energie reactivă din sursă sau să plătească acest consum;

  • consumatorul să nu perturbe reţeaua de alimentare mai mult decât impun standardele naţionale după care îşi desfăşoară activitatea.

Din punctul de vedere al consumatorului, problema de actualitate este ca furnizorul să ofere energia necesară procesului de foraj în condiţii standard de calitate. Cele două pretenţii impun soluţii tehnice pe care le vom dezvolta în continuare.

2. Regimul energetic de funcţionare a troliului acţionat cu motoare de c.c.

Regimul de funcţionare a troliului este caracterizat din punct de vedere dinamic de caracteristicile M = f(t), respectiv n = f(t), după cum urmează:

Pentru perioada de timp tk…tk+1, putem concluziona pornind de la ecuaţia tensiunilor din modelul matematic al tandemului convertor c.a./ c.c. - motor de c.c.:

Ua = keФn + RI, în care:

  • termenul RI este constant;

  • termenul keФn este constant;

Rezultă că: Ua = f(n).

Cum Ua= Ucosα, unde:

  • Ua = tensiunea rotorică redresată;

  • U = tensiunea alternativă de alimentare a circuitului rotoric;

  • α= unghiul de aprindere al tiristoarelor în regim de redresor, concluzia finală a regimului energetic de funcţionare al troliului cu motoare de c.c. este că factorul de putere este variabil.

Pornind de la situaţia reală că timpul (0…t1) este de circa 10 ori mai mic decât durata t1…t2 şi cuplul limitat Mi este constant pe zona de turaţie 0…ni, a rezultat din practica funcţionării troliului o valoare medie a factorului de putere de aproximativ 0,45.

Pentru obţinerea lucrului mecanic necesar procesului tehnologic aferent instalaţiilor de ridicări dintr-o instalaţie de foraj de capacitate medie este nevoie de un troliu acţionat cu 2 motoare de c.c. de circa 600 kW fiecare. În consecinţă, pentru obţinerea obiectivului principal al troliului, lucrul mecanic la axul acestuia, în afară de absorbţia din sursa de alimentare a circa 1200 kW, suplimentar se consumă şi o putere reactivă medie de 1860 kVArh.

Consecinţă: Utilizatorul instalaţiei de foraj va trebui să plătească 1860 kVArh în cazul instalaţiilor de foraj alimentate de la reţeaua electrică de medie tensiune sau combustibil suplimentar pentru instalaţiile de foraj diesel-electrice.

Compensarea energiei reactive consumate inutil prin utilizarea aplicaţiei convertor c.a./c.c. - motor c.c. se poate face prin multe metode, dintre care specialiştii ICPE ACTEL recomandă:

  • varianta compensării statice cu baterii de condensatoare asociată cu filtre pasive pentru compensarea armonicelor, abordată în acest material;

  • varianta utilizării aplicaţiei convertor c.a./c.a. şi motor c.a., soluţie ce va fi abordată într-un episod viitor.

3. Compunerea energiei reactive şi filtrarea armonicelor cu filtre pasive

Pentru îmbunătăţirea regimului de funcţionare al troliului acţionat cu motoare de c.c. se urmăresc de fapt:

  • controlul circulaţiei de putere reactivă cu efecte favorabile privind circulaţia de putere reactivă şi a fluctuaţiilor de tensiune (efect de flicker);

  • limitarea distorsiunii curbelor de tensiune şi de curent electric prin instalarea unui filtru pentru câteva din armonicile principale ale acestora (probleme legate de calitatea energiei).

 ICPE ACTEL recomandă un filtru combinat cu funcţii atât de limitare a distorsiunilor, cât şi ca sursă de putere reactivă, care să acopere necesarul de putere reactivă în timpul funcţionării.

Indiferent de aplicaţie, este indicată pentru dimensionarea corectă a elementelor ansamblului de compensare, efectuarea de măsurători pe un interval de timp suficient de mare (de regulă, cel puţin o săptămână).

Pentru o aplicaţie cvasiconstantă ca utilizare, adică un troliu cu 2 motoare de c.c. de câte 850 kW fiecare, schema de principiu utilizată este prezentată mai jos:

Dimensionarea fiecăruia din elementele schemei este strâns legată de următorii parametri:

  • tensiunea nominală U de la bornele sursei de alimentare;

  • frecvenţa tensiunii de alimentare;

  • puterea reactivă ce urmează a fi compensată, Qc;

  • ponderea armonicilor în totalul spectrului de armonici.

Relaţia pentru dimensionarea C pe fiecare fază este:

În ceea ce priveşte ponderea armonicilor în totalul spectrului de armonici, teoria convertoarelor statice de putere ne prezintă, pentru o punte complet comandată cu 6 pulsuri, următoarea configuraţie:

  • armonicile 3k se închid pe înfăşurarea primară a transformatoarelor (legătura în triunghi);

  • armonica 5 este cu ponderea cea mai mare atât pentru unda de tensiune, cât şi de curent;

  • urmează descrescător armonicele de rang 7, 11, 13, după care devin neglijabile.

Valoarea L se dimensionează pentru frecvenţele armonicilor urmărite:

, unde ωr = 2*π*fr , în care fr este frecvenţa de rezonanţă, valoare în jurul frecvenţei armonicei calculate (de ex.: pentru armonica 5, fr ≈240 Hz).

În ceea ce priveşte valoarea rezistenţei R, aceasta se dimensionează astfel încât la rezonanţa serie să poată fi limitat curentul sub nivelul protecţiilor impuse elementelor de cuplare a sursei la filtrul de mai sus. Practic, pentru aplicaţia de mai sus (2 motoare de 850 kW), ICPE ACTEL S.A. a realizat un filtru cu următoarele elemente pe fiecare fază:

Economiile de energie reactivă au crescut cu 82%, ceea ce a însemnat o amortizare a echipamentului de compensare şi filtrare în circa 124 zile.

4. Concluzii

Astăzi, din ce în ce mai mult, specialiştii sunt direct răspunzători de problemele legate de eficienţa energetică a sistemelor pe care le deservesc, motiv pentru care considerăm că abordarea acestor probleme cu simţ de răspundere înseamnă un aspect care ţine de probitatea profesională a fiecăruia.

Orice economie de energie se concretizează prin creşterea randamentelor, iar orice “pansare” a problemelor legate de calitatea energiei înseamnă un pasînainte în creşterea calităţii vieţii.

Vom continua cu asemenea aspecte din activitatea ICPE ACTEL tocmai pentru a reliefa preocupările noastre pentru obţinerea de performanţe pentru produsele pe care le realizăm întâmpinând cerinţele beneficiarilor, dar şi politicile economice globale de astăzi. (va urma)

______________________________________________________________

Ion Potârniche, Dr. ing., Director General ICPE ACTEL

______________________________________________________


Ion Potarniche

Conf. dr. ing. Ion POTÂRNICHE, Director General al ICPE ACTEL din 1994, peste 38 de ani de activitate de cercetare aplicativă în cadrul ICPE

  • Autor al: 12 invenţii brevetate, 76 lucrări publicate în reviste de specialitate, 60 lucrări practice elaborate, 119 lucrări publicate în sesiuni de comunicări ştiinţifice, 5 cărţi publicate.
  • Experienţă în managementul proiectelor de cercetare naţională, coordonator al 19 contracte de cercetare aplicativă din cadrul PNCDI
  • Membru al: Consiliului Inovării - AMCSIT, CT 36-Electronica de Putere al Comitetului Electrotehnic Român, AGIR, Patronatelor din Energetică
  • Membru de onoare al CNR-CME
  • Vicepreşedinte al APREL
  • Vicepreşedinte al A.P. ENERGIA
  • Consultant ştiinţific al Federaţiei Patronale din Construcţii de Maşini
  • Activitate didactică la U.P.B. şi Universitatea Valahia
  • Membru al ASTR

Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord