LUCRAREA 2

Laborator Compatibilitate electromagnetic L2

LUCRAREA 2

Influena golurilor de tensiune asupra reelelor de joas tensiune

I. Mentenana Predictiv - Cheia pentru Calitatea Energiei Electrice

Echipamentele necesare pentru monitorizarea perturbaiilor din sistemul de alimentare cu energie electric au fost disponibile de muli ani. Instrumentele din generaia anterioar aveau o capacitate limitat, msurau numai tensiuni i prezentau rezultatele sub forma unei curbe nregistrate. Instrumentele moderne permit efectuarea mult mai multor msurtori i asigur stocarea electronic a datelor pentru o analiz detaliat pe un calculator. n consecin, informaiile obinute pot fi analizate prin diferite procedee, astfel nct datele colectate la un

experiment pot s rspund mai multor necesiti de msurare.

O gam larg de echipamente este comercial disponibil ncepnd de la uniti simple monofazate care sunt introduse n priz i pn la echipamente de monitorizare trifazate, conectate permanent n sistemele de management ale cldirilor. Instrumentele simple sunt adesea utile pentru determinarea locului, naturii i dimensiunilor problemei, nainte de a efectua un studiu complet.

Cele mai multe dintre aparate nregistreaz evenimente care depesc praguri prestabilite, de exemplu, tensiuni n afara abaterilor admisibile sau goluri n afara unei curbe de abateri admisibile, ca curba CBEMA. Acest mod de abordare reduce volumul de date nregistrate, uurnd stocarea i analiza, dar nu evideniaz nimic cu referire la multe evenimente care se produc ntre nivelurile pragurilor. Aceste praguri pot fi fixate de utilizator. Dac ns sunt setate prea jos, memoria se va umple cu date relativ neinteresante care necesit timp pentru analiz; dac sunt setate prea sus pot fi pierdute evenimentele semnificative.

Un alt mod de abordare, conceput de Reliable Power Meters Inc. (SUA) i Rhopoint System Ltd (Anglia) este cunoscut sub denumirea de monitorizare complet. Instrumentul de nregistrare are o memorie mare, completat cu un hard-disk, astfel nct capacitatea de achiziie de date este foarte mare. Aceasta permite colectarea tuturor datelor, cu un prag foarte mic, programat dinamic, pentru a urmri condiiile impuse. Software-ul n PC gazd, care poate fi n reea sau la captul ndeprtat al unui circuit cu modem, stabilete praguri n concordan cu cerinele utilizatorului la momentul analizei. Pragurile se aplic n timpul analizei i nu n timpul achiziiei datelor, astfel nct nu exist o zon moart i nu exist date pierdute. Aceleai date pot fi reanalizate cu diferite praguri, de cte ori este necesar. n practic exist un prag de msurare, dar acesta se stabilete automat n timpul msurrii, astfel nct instrumentul s nu fie sufocat cu date pentru condiii neuzuale.

Valorile msurate sunt ntotdeauna achiziionate, dar dac este necesar, acestea sunt filtrate nainte de memorare. Sistemul de monitorizare complet prezint o vitez mare de eantionare i o capacitate mare de prelucrare numeric a semnalelor pentru a permite msurarea tuturor parametrilor inclusiv armonicele i fenomenele tranzitorii, pe fiecare perioad. Deoarece toate datele sunt achiziionate, instrumentul poate msura abaterile de tensiune, inclusiv fenomenele tranzitorii, armonici, flicker, factor de putere, energia consumat i frecvena.

Aceast metod permite aplicarea tehnicilor de mentenan predictiv n sistemele energetice. Tehnicile de mentenan predictiv au fost folosite de mult timp pentru prevenirea avariilor n echipamente mecanice (de exemplu, maini) i n echipamente electromecanice (de exemplu, motoare electrice). De exemplu, prin analiza spectrului de frecven al vibraiilor n lagre i compararea cu modificrile spectrului de frecven n timp este posibil o avertizare preventiv privind incidentele iminente i reparaia necesar pentru a se corecta problema aprut.

Similar, avertizarea timpurie a unor probleme incipiente ntr-o reea electric de distribuie, se poate realiza n prezent prin compararea datelor istorice, cu alte cuvinte prin analiza tendinei de evoluie n timp a fiecrui parametru.

Cunoaterea nivelului real al calitii energiei electrice livrate de furnizor este vital pentru orice sistem global de management al calitii.Beneficiile monitorizrii continue

n multe aplicaii critice", guvernamentale, militare, financiare i comerciale, calculatoarele funcioneaz 24 ore pe zi, 365 zile pe an. Aceste calculatoare vitale pot efectua sarcini diverse precum coordonarea aterizrii navetei spaiale sau procesarea unor tranzacii de milioane de Euro. n consecin, proprietarii i operatorii acestor sisteme fac investiii semnificative n infrastructura acestora pentru a preveni distrugerea sau ntreruperea. Astfel, orice centru de calcul important are un UPS mare i un generator de rezerv pentru sistemul de alimentare cu energie electric, care intervine la cderea reelei electrice de distribuie. Scopul este unul simplu, s obin continuitate sau o disponibilitate a reelei electrice ct mai aproape de 100%.Monitorizarea continu a alimentrii cu energie electric este o parte integrat a oricrui program de management proactiv. Ea aduce multe beneficii dintre care:

Asigur o nregistrare a istoriei calitii energiei electrice permind identificarea tendinelor cum ar fi o cretere a numrului sau amplitudinii golurilor sau creterea nivelului armonicelor ceea ce poate fi utilizat pentru programarea mentenanei preventive. Eliminarea ntreruperilor neplanificate aduce un important beneficiu financiar, de exemplu, n cazul operaiilor din centrele de calcul sau al operaiunilor financiare. Tehnicile predictive asigur informaia necesar pentru a obine continuitate maxim.

Asigur informaii pentru determinarea ncrcrii transformatoarelor existente i a alimentrilor de rezerv i pentru planificarea dezvoltrilor viitoare. Informaiile sunt necesare pentru a determina dac trebuie efectuate investiii n zonele cele mai apropiate.

Personalul de decizie poate fi alertat imediat dac este detectat o problem n sistemul de energie electric prin utilizarea alarmelor sau prin trimiterea de mesaje la pagere sau pe ecranele PC. Notificarea imediat permite s se acioneze pentru izolarea problemelor sau a preveni un efect n lan care ar putea periclita toate echipamentele.

Armonicile trebuie s fie monitorizate n mod continuu pentru a fi siguri c, n timp, creterea sarcinii nu va determina o nclzire excesiv, care poate conduce la o defectare prematur a transformatoarelor, conductoarelor i ntreruptoarelor.

Monitorizarea continu asigur datele necesare pentru efectuarea unei analize post-avarie a unor incidente cu perturbarea alimentrii. Aceste date sunt necesare pentru a stabili cum i unde s-au produs evenimente, nelegerea modului n care acestea pot fi evitate n viitor i cum pot fi limitate efectele.

Utilizatorii pot de asemenea, culege beneficii din monitorizarea continu a infrastructurii. Unii utilizatori monteaz n prezent instrumente de monitorizare a energiei electrice n sistemele lor de distribuie pentru a mbunti eficiena operaional. S-au realizat, de asemenea, programe de monitorizare proactiv a calitii energiei electrice n beneficiul clienilor, fie ca o parte a contractului de furnizare a energiei electrice, fie pentru creterea clientelei.

Compararea datelor istorice

Un program de mentenan predictiv poate fi realizat prin instalarea de sisteme de monitorizare n locaii critice. Fiecare sistem de monitorizare asigur supravegherea pentru o perioad de funcionare raional ca de exemplu, o sptmn sau o lun. Cnd perioada de monitorizare s-a ncheiat, datele se descarc i se salveaz, iar sistemul de monitorizare este resetat automat pentru a efectua o alt supraveghere pentru alt sptmn sau lun. Fiecare baz de date obinut prin supraveghere este arhivat i bazele de date sunt periodic comparate. Multiplele baze de date colectate pe perioade lungi de timp (de regul un an sau mai mult) ofer inginerilor o istorie complet cu privire la energia electric furnizat ntreprinderii. Prin urmrirea continu a variaiilor n bazele pentru o sptmn sau o lun, sunt evideniate foarte clar apariia unor condiii noi sau a unor deteriorri. Creterea numrului de evenimente, amplitudinea evenimentului sau apariia unor noi tipuri de evenimente vor indica existena unor probleme poteniale. Instrumentele care utilizeaz praguri de setare achiziioneaz evenimentele prin excepie evenimentele sunt nregistrate numai dac ele sunt suficient de mari pentru a fi n afara pragurilor. Aceste instrumente nu pot fi folosite ntr-un program de mentenan predictiv. Ele pot fi folosite numai pentru efectuarea analizei post-avarie a evenimentelor deosebite.

Diferena fundamental ntre monitorizarea complet i abordarea tradiional cu praguri este prezentat n figura 1. Fixarea pragurilor creaz zone moarte de msurare n interiorul curbei de goluri admisibile. Evenimentele n interiorul acestor zone evenimente care nu sunt acum importante, dar pot cuprinde indicaii pentru probleme viitoare vor lipsi complet. Monitorizarea complet folosete limite nguste adaptive, colectnd toate evenimentele i stabilind o baz de date exact pentru o comparaie viitoare.

Figura 1. Monitorizarea complet versus achiziia cu praguriObiectivul unei strategii de monitorizare complet a energiei electrice este de a mbunti disponibilitatea sau continuitatea. Achiziia datelor este doar prima parte a aciunii; urmtorul pas este de a o transforma ntr-o informaie care este util pentru a descrie performana sistemului astfel nct s se poat aciona pentru a asigura disponibilitatea viitoare. Aceast analiz este asigurat de un software nou care se ruleaz pe un calculator personal.Indicator de calitate a energiei electrice

Calitatea energiei electrice nu este un concept simplu; nu este un singur parametru descriptor, astfel c este dificil de a defini repede o variaie. Una din inovaii este de a introduce un indicator de calitate a energiei electrice (PQI Power Quality Index) bazat pe evenimentele cu perturbaie de tensiune, printr-un singur numr.

Calitatea perfect este caracterizat de PQI egal cu zero (fig.2), evenimentele pe care se bazeaz fiind raportate fa de curba CBEMA pe care este marcat i PQI = 100.

Figura 2. Determinarea indicatorului de calitate PQI Evenimentele dintre cele dou limite i evenimentele plasate n afara curbei, capt valori proporionale cu distana fa de curb. Ca indicator PQI pentru nodul respectiv i pentru perioada de monitorizare este dat valoarea efectiv a evenimentelor individuale, mpreun cu valoarea maxim a indicatorului PQI pe perioada respectiv. Compararea valorilor PQI pentru o serie de perioade de supraveghere, pentru o anumit locaie, permite o apreciere foarte rapid asupra tendinei calitii energiei electrice i n ce direcie trebuie concentrat efortul n viitor.

Figura 3. Valori nregistrate ale indicatorului de calitate pentru 4 locaiin figura 3 se prezint valorile efective ale indicatorului de calitate a energiei electrice pentru patru sisteme de monitorizare a calitii energiei electrice, instalate n patru locaii dintr-o ntreprindere. Valorile indicatorului PQI arat locul unde calitatea energiei electrice este deteriorat (indicatorul crete) i unde indicatorul de calitate a energiei electrice este mbuntit (indicatorul scade) sau dac rezult o calitate fluctuant a energiei electrice.

n acest exemplu, indicatorul pentru sistemul de monitorizare instalat n Network Closet arat cea mai stabil situaie energetic, n timp ce indicatorul pentru Lobby monitor crete cu panta cea mai mare i fluctuaiile sunt n banda cea mai larg. Se evideniaz care dintre puncte au cea mai proast calitate a energiei electrice n raport cu celelalte i merit s fie investigate mai nti. Dac indicatorul va continua s creasc, aceast locaie va suferi inevitabil unele consecine nedorite. Dup orice aciune care se va lua pentru a corecta situaia, indicatorul PQI trebuie s nceap s scad. Deci, indicatorul PQI are aciune att predictiv prin aceea c permite identificarea problemelor care se intensific ct i retrospectiv prin aceea c confirm eficiena msurilor luate.

Prelucrarea datelor

Software-ul asigur instrumentele care permit utilizatorului s adnceasc n continuare analiza datelor care determin indicatorul. Aceste instrumente ofer o mare flexibilitate prin aceea c permite utilizatorului s compare i s evalueze tendina oricrui parametru n funcie de orice alt parametru, s compare datele dintr-o locaie cu cele din alt locaie, sau s compare datele aferente unei perioade de monitorizare cu cele aferente altei perioade. Utilizatorul poate, de asemenea, s extrag orice aspect particular al datelor. n figura 4 este indicat o reprezentare a valorilor efective ale indicatorului pentru Service Entrance monitor mpreun cu valoarea maxim a indicatorului n cazul celui mai amplu eveniment (de notat c datele pentru alte locaii au fost eliminate i nu sunt incluse n reprezentare). Unele valori ale indicatorului sunt semnificative. De exemplu, ntreruperile au indicatori aproape de 1000 deoarece distana de la tensiunea nominal la tensiunea 0% comparat cu distana de la valoarea nominal la curb este aproape zece la unu. n realitate nu ar fi posibil s se obin supratensiuni de 10 ori tensiunea nominal, cu durate de cteva secunde sau mai mare.

Figura 4. Indicatorul de calitate PQI, valori efective i valori maxime

Figura 5. Curba istoric a tensiunii efectiven figura 5 este reprezentat istoriograma valorilor efective ale tensiunii nregistrat pe o perioad de un an n dousprezece intervale de monitorizare separate pe cte o lun; toate nregistrrile individuale s-au cumulat pentru a permite o reprezentare continu.

Tendine evideniate

Urmrirea evoluiei indicatorului este una din metodele de evideniere a deteriorrilor sau de mbuntire a calitii energiei electrice. O alt abordare este de marcare a fiecrui eveniment pe o curb de valori admisibile (ca de exemplu, CBEMA) i reducerea luminozitii grafice a evenimentelor odat cu trecerea timpului (fig. 6).

Umbrirea (the shading) permite s se vad mai uor dac evenimentele merg spre mai ru sau mai bine. n acest exemplu exist un efect de migrare n regiunea secundelor artnd c, cderile de tensiune devin constant o problem care se agraveaz n timp. Mulimea de evenimente avnd margini mai luminoase dect interiorul indic o regiune unde problemele se extind. Dac centrul mulimii de evenimente este mai luminos, problemele sunt consolidate n zon.

Figura 6. Curb cu valori admisibile i evenimente umbrite (shaded events)Concluzii

Monitorizarea complet, combinat cu posibilitile unui software puternic permit stabilirea condiiilor de baz ale reelei electrice i s ofere datele pentru comparaii pe termen scurt i lung. Aceasta permite utilizarea lor pentru mentenana preventiv, semnalarea unor incidente incipiente nainte ca avaria s apar n reeaua de distribuie i ofer informaia necesar pentru realizarea unei continuiti ideale (zero timp de ntrerupere).II. Mersul lucrrii

Se vor evalua cu ajutorul mediului de programare PSIM efectele golurilor de tensiune asupra unor echipamente sensibile din reteaua de joas tensiune: maini electrice rotative, transformatoare electrice etc.

Rezultatele obinute se vor prezenta sub forma unor teme de cas, individualizate pentru echipe formate din cte 2 studeni.PAGE 7