Industrie
Se analizează în cele ce urmează situaţiile reale pe care le întâmpină doi consumatori din categoria marilor consumatori, privitor la întreruperile care apar în alimentarea cu energie electrică. Primul consumator face parte din categoria marilor consumatori de energie electrică industria de prelucrare a lemnului cu o putere în avizul de racordare de Paviz = 45 MW, realizând în perioada de facturare o putere maximă de 14 MW. Punctul de delimitare între operatorul de distribuţie şi consumator se realizează pe nivel de tensiune de 110 kV.
Consumatorul deţine 12 transformatoare cu o putere aparentă de 2500 kVA, 10 transformatoare cu o putere aparentă de de 1250 kVA , 2 transformatoare cu o putere aparentă de de 630 kVA, respectiv un transformator cu o putere aparentă de 1600 kVA .
Consumatorul funcţionează în trei schimburi din punct de vedere energetic, încărcarea pe cele trei shimburi fiind echilibrată. Acest fapt se observă şi în curba de sarcină zilnică a consumatorului din fig.1- a ) în zilele lucrătoare, respectiv b ) în zile nelucrătoare .
În perioada lunii august 2009, consumatorul a înregistrat pierderi importante ca urmare a întreruperilor în alimentarea cu energie electrică ceea ce a condus la întreruperea procesului de producţie. În reţeaua de înaltă tensiune de 110 kV care aparţine operatorului de distribuţie s-au înregistrat peste 50 de goluri de tensiune, a căror consecinţă a fost oprirea producţiei .
Pierderile constau în : pierderi materiale ( componente electrice, materie prima rebutată ) şi la pierderi de capacităţi de producţie ( pierderea – oră fiind de 4000 Euro ).
Fig. 1 a ) Staţia electrică 110 / 20 kV proprie a unui utilizator tip industria prelucrarea lemnului respectiv
Fig. 1. b ) Schema normală de alimentare a consumatorului tip industria de prelucrare a lemnului
a)
b)
Fig. 2. Curba de sarcină zilnică la un consumator tip fabrica prelucrarea lemnului în a) – zile lucrătoare
b) – zile nelucratoare în perioada 6-12.07.2009
Utilizatorul funcţioneză cu o încărcare foarte bună în trei schimburi din punct de vedere energetic, aşa cum este reprezentat în figura 2 a) zile lucrătoare ; b) zile nelucrătoare .
Puterea minimă înregistrată în zile lucrătoare (de luni – vineri) fiind de 11.000 kW, iar puterea maximă fiind 12.900 kW, iar în zile nelucrătoare (sâmbătă – duminică) Pmin = 8.250 kW, iar Pmax = 12.100 kW.
Consumatorul funcţionează foarte bine în schimbul 3 respectiv în orele de gol (22.00 – 6.00) puterea medie absorbită în acest interval fiind 12.500 kW .
Pentru utilizatorul tip industria lemnului , factorul de aplatizare calculat pentru perioada 06 -10.07.2009 ( reprezentând zile lucrătoare ) este :
factorul de aplatizare = 12128 / 12935 = 0.93 ,
iar pentru ziua de miercuri 08.07.2009 , factorul de aplatizare este = 12107/ 12869 = 0.94 . C
Cu cât valoarea factorului de aplatizare este mai aproape de valoarea 1 cu atât curba este mai aplatizată, rezultând că utilizatorul funcţionează în trei schimburi din punct de vedere energetic.
Factorul de formă al curbei de sarcină pentru ziua de miercuri 08.07.2009, ;
sau folosind energia activă ; kf = 1.02 .
Furnizorul de energie are nevoie de consumatori care funcţionează în trei schimburi energetice, deoarece aceşti consumatori prin procesul tehnologic care îl desfăşoară, conduc la aplatisarea curbei de sarcină , reuşind să funcţioneze cu o încărcare de 100% şi în orele de gol din sistem, când practic energia activă în acest interval este foarte scăzută ( din punct de vedere al consumului de energie ) .
Fig. 3 Histograma frecvenței analizată în perioada 7.08.2009 – 13.08.20009
Fig. 4 Diagrama armonicelor la fabrica de prelucrare lemnului în perioada 07.08.2009-13.08.2009
Fig. 5 Histograma THD pentru tensiune pe cele trei faze (reprezintă prin dreptunghiuri o distribuție statistică matematică ) în perioada 07.08.2009 -13.08.2009.
Fig. 6 Histograma nesimetriei (reprezintă prin dreptunghiuri o distribuție statistică matematică) în perioada 07.08.2009 -13.08.2009 pe cele trei faze .
Necesitatea de a menţine în reţeaua electrică un factor de nesimetrie de 1% sau 2% (în funcţie de norme) impune o monitorizare a nivelului de distorsiune, compararea cu nivelurile admise şi, în unele cazuri, alarmarea la depăşirea acestora.
Valoarea nesimetriei la fabrica din industria lemnului este în limitele normale intervalul fiind ( minim 0,12 % – maxim 0,58 % )
Fig. 7 Histograma tensiunii (reprezintă prin dreptunghiuri o distributie statistică matematică) în perioada 07.08.2009 -13.08.2009 pe cele trei faze .
În perioada 07.08.2009 – ora 0.00 – 13.08.2009 , la consumatorul tip fabrică de prelucrare a lemnului s-au înregistrat următoarele date privind calitatea energiei electrice :
1) Frecvenţa furnizată
În 100 % din timp frecvenţa a fost între 49,5 Hz şi 50,5 Hz.
Tabel 1. Valoarea frecvenţei
Nume | Mediu | Minim | Maxim |
---|---|---|---|
Frecventa | 50,03Hz | 49,90 Hz | 50,08 Hz |
2 ) Factorul de distorsiune THD – U ( Total Harmonic Distortion Voltage )
În 100% din timp THD a fost cuprins între 0,0 % şi 8,0 %. Limitele admise. Armonica de rang 5 fiind cea mai importantă din spectru de armonice de tensiune. ( fig. 4.8 )
Tabel 2. Valori THD –U
Nume | Mediu | Minim | Maxim |
---|---|---|---|
Factorul total de distorsiune armonica de tensiune L1 | 2,1 7 % | 1,54% | 2,44% |
Factorul total de distorsiune armonica de tensiune L2 | 2,14% | 1,43% | 2,40% |
Factorul total de distorsiune armonica de tensiune L3 | 2,26% | 1,60% | 2,52% |
3) Nesimetria
Tabel 3. Nesimetria
Nume | Mediu | Minim | Maxim |
---|---|---|---|
Durata nesimetriei | 0,41% | 0,12% | 0,58% |
4) Tensiune furnizată
În 100% din timp tensiunea a fost între 10911,6 V şi 13336,4 V .
Tabel 4. Valori tensiune furnizată
Nume | Mediu | Minim | Maxim |
---|---|---|---|
Factor total de distortosiune armonica de tensiune L1 | 11918,77 V | 11543,73 V | 11957,56 V |
Factor total de distortosiune armonica de tensiune L2 | 11964,45 V | 11595,55V | 12002,61 V |
Factor total de distortosiune armonica de tensiune L3 | 11900,87 V | 11522,56 V | 11960,12 V |
Tabel 5. Căderile de tensiune înregistrate în perioada 07.08.2009 -13.08.2009 pe cele trei faze .
Din analiza duratei golurilor de tensiune, variaţia frecvenţei , diagrama spectrului de armonici , la consumatorul tip industria de prelucare a lemnului, se poate spune că acestea se încadrează în limitele admisibile, reglementate prin “Standardul de performanţă pentru serviciul de distribuţie a energiei electrice -Secţiunea 2-Indicatori de continuitate în alimentare”.
Pe de altă parte, în condiţiile în care distribuitorul poate fi responsabil numai în anumite condiţii care exced exonerărilor stabilite prin Art.35 din Standardul de performanţă sus menţionat, rămâne la latitudinea consumatorului ca, prin diverse proceduri şi mijloace tehnologice, sa adopte soluţiile tehnice disponibile şi adecvate procesului său de producţie.
Un al doilea caz analizat este un mare consumator din industria de echipamente electronice care întampină în mod repetat probleme în alimentarea cu energie electrică, înregistrându-se repetate întreruperi neprogramate a căror frecvenţa îl determină pe consumator sa ia măsuri urgente pentru evitarea amplificării efectelor negative ale acestora .
Fiecare întrerupere în alimentarea cu energie electrică generează pierderi tehnologice .
Datorită specificului procesului tehnologic, orice întrerupere în alimentarea cu energie electrică, chiar de ordinul milisecundelor determină oprirea şi resetarea utilajelor din liniile tehnologice, toate semifabricatele aflate pe liniile de producţie în momentul respectiv sunt deteriorate iremediabil, deci rebutate, fară posibilitatea remedierii ulterioare.
Având în vedere costul ridicat al acestor semifabricate, pierderile generate de aceste întreruperi neprogramate sunt foarte ridicate.
Fiecare întrerupere a furnizării energiei electrice generează pentru acest tip de consumator pierderi importante, care constau în :
- pierderi pe liniile de producţie prin rebutarea tuturor semifabricatelor aflate în acel moment în curs de ambalare ;
- defectări ale utilajelor, echipamentelor şi instalaţiilor, a căror depanare şi nefuncţionare induce cheltuieli ridicate ;
- schimbarea siguranţelor fuzibile de diverse valori care au fost afectate şi înlocuite după fiecare din aceste întreruperi .
Din analiza realizată de consumator valoarea pierderilor este de aproximativ 6000 de euro pentru fiecare întrerupere .
Tabel 6. Jurnal de evenimente întreruperi în furnizarea de energie electrică
Nr. Crt . | Data | Ora | Durata | Întrerupere |
1 | 04.05.2009 | 9,58 | 5,5 s | Programat |
2 | 08.05.2009 | 14,30 | 1s | Accidental |
3 | 08.05.2009 | 14,31 | 1s | Accidental |
4 | 08.05.2009 | 14,31 | 1s | Accidental |
5 | 08.05.2009 | 14,32 | 1s | Accidental |
6 | 15.05.2009 | 03,14 | 1s | Accidental |
7 | 23.05.2009 | 00,56 | 1s | Accidental |
8 | 28.05.2009 | 05,22 | 1s | Accidental |
9 | 10.06.2009 | 21,00 | 1s | Accidental |
10 | 10.06.2009 | 23,23 | 1s | Accidental |
11 | 11.06.2009 | 00,35 | 1s | Accidental |
12 | 11.06.2009 | 01,24 | 1s | Accidental |
13 | 15.07.2009 | 11,01 | 1s | Accidental |
14 | 20.07.2009 | 08,55 | 1s | Accidental |
15 | 23.07.2009 | 08,08 | 1s | Accidental |
16 | 25.07.2009 | 10,45 | 1s | Accidental |
Consumatorul este alimentat pe nivel de tensiune 20 kV cu o putere simultan absorbită în avizul de racordare P = 2800 kW .
Alimentarea cu energie electrică se realizează prin două transformatoare de 1600 kVA , şi deţine o instalaţie de compensare a puterii reactive cu următoarele caracteristici :
- P= 600 kVAr ;
- tensiune : 0,4 kV ;
- nr . trepte de reglare 12 ;
- mod acţionare : automat .
Fig. 8 Curba de sarcină activă zilnică ( zile lucrătoare) a consumatorului din industria de echipamente electronice .
Consumatorul înregistrează o putere medie de 520 kW ( fig. 8 ), o putere relativ mică faţă de puterea din avizul de racordare, respectiv Pa = 2800 kW .
Profilul curbelor de sarcină în zilele lucrătoare la acest tip de consumator sunt asemanătoare având aproape aceeaşi caracteristică de luni până vineri.
Pentru utilizatorul tip industrie componente electronice , factorul de aplatizare calculat pentru perioada 06 -10.07.2009 ( reprezentând zile lucrătoare ) este :
factorul de aplatizare = 394/ 519 = 0.75 ,
iar pentru ziua de miercuri 08.07.2009 . Cu cât valoarea factorului de aplatizare este mai aproape de valoarea 1 cu atât curba este mai aplatizată, rezultând că utilizatorul funcţionează în trei schimburi din punct de vedere energetic.
Factorul de formă al curbei de sarcină ;
sau folosind energia activă ; rezultă K f = 9.83 / 9.45 = 1.04
Pentru graficele de sarcină întâlnite în inteprinderile industriale factorul de formă are valori de regulă între 1….1,1.
Pentru fabrica din industria electronică factorul de formă al cubei de sarcină calculat pentru o zi lucrătoare (respectiv miercuri 08.07.2009) are valoarea de 0.994 (fig. 9) .
Fig. 9 Curba de sarcină activă zilnică (miercuri) a consumatorului din industria de echipamente electronice.
Fig. 9 Curba de sarcina fabrica din industria electronică
În ambele situaţii consumatorii de energie electrică întâmpină disfuncţionalităţi în alimentarea cu energie electrică înregistrând dese întreruperi.
Se consideră că întreruperile de scurtă durată nu durează mai mult de 3 minute (în unele documente se stabileşte că durata maximă a unei întreruperi de scurtă durată este de 1 minut).
În mod normal circa 70% dintre întreruperi au o durată sub 1 s.
Majoritatea întreruperilor în alimentarea cu energie electrică la cei doi consumatori au durata sub 1s .
Răspunsul operatorului de distribuţie referitor la sesizările consumatorului tip fabrica de componente din industria electronică, privind întreruperile de energie electrică, este că doar întreruperea din data de 23.07.2009 orele 08:08, a fost înregistrată şi s-a produs ca urmare a declanşării transformatorului 110/20 kV din Staţia de transformare, datorită unui defect în instalaţiile de distribuţie de 20 kV ( durata întreruperii 5 minute s-a încadrat în prevederile contractuale ) .
Pentru celelalte zile şi ore menţionate în sesizare în evidenţele tehnico – operative, nu sunt consemnate întreruperi în instalaţiile de distribuţie prin care este alimentat consumatorul.
Două din acestea coincide cu RAR-uri reuşite pe linii de 110 kV ( altele decât cele prin care este alimentata staţia 110/ 20 kV ), celelalte coincid cu declanşări ale unor linii de 20 kV alimentate din staţia 110/20 kV.
Este posibil ca variaţii de scurtă durată ale tensiunii pe barele de 20 kV în momentul producerii defectelor, să fi fost sesizată de echipamente mai sensibile ale tuturor consumatorilor alimentaţi din această staţie.
Astfel de evenimente accidentale nu pot fi complet eliminate, motiv pentru care prin avizul tehnic de racordare consumatorul a luat la cunoştiinţă ca are obligaţia să ia măsuri pentru evitarea perturbaţiei activităţii în astfel de situaţii , măsuri care sunt prevăzute în avizul tehnic de racordare astfel :
- în cazul în care utilizatorul deţine echipamente sau instalaţii la care întreruperea alimentării cu energie electrică poate conduce la efecte economice şi sociale deosebite ( explozii, incendii, distrugeri de utilaje , accidente cu victime umane, poluarea mediului ) acesta are obligaţia ca prin soluţii proprii, tehnologice şi energetice , inclusive prin sursa de intervenţie, să asigure evitarea unor astfel de evenimente în cazurile în care se întrerupe furnizarea energiei electrice ;
- în situaţia în care, din cauza specificului activităţilor desfăşurate, întreruperea alimentării cu energie electrică îi poate provoca utilizatorului pagube materiale importante şi acesta consideră că este necesară o siguranţa de alimentare mai mare decât cea oferită de operatorul de reţea, el este responsabil pentru luarea măsurilor necesare evitării acestor pagube, inclusive pentru analiza şi stabilirea oportunităţii de a se dota cu surse proprii de energie electrică .
Pentru urmărirea continuităţii şi calităţii energiei electrice, Operatorul de Distribuţie realizează monitorizarea acesteia într-un număr semnificativ de staţii, cu ajutorul unor aparate complexe adecvate. [
Aparatele de monitorizare trebuie sa permită, minimum, măsurarea, înregistrarea şi analizarea următoarelor mărimi referitoare la tensiune: întreruperile tranzitorii, întreruperile scurte şi lungi, frecvenţa, valoarea efectivă a tensiunii, golurile de tensiune, supratensiunile temporare la frecvenţa industrială (50Hz) între faze şi pământ sau între faze (voltage swells), fenomenul de flicker, variaţiile rapide şi lente de tensiune,armonicele,interarmonicele,factorul de distorsiune armonică, nesimetria sistemului trifazat de tensiuni.
De asemenea aparatele trebuie să permită înregistrarea şi măsurarea curenţilor ( curba fundamentală şi armonicele ) .
Conform Standardului de Performanţă pentru Serviciul de Distributie Operatorul de Distribuţie, trebuie să se doteze cu un număr suficient de aparate de monitorizare portabile cu aceleaşi performante, pentru rezolvarea reclamaţiilor primite de la utilizatori referitoare la calitatea energiei electrice .
Costurile legate de monitorizare revin utilizatorului, dacă parametrii sunt in limitele admisibile sau calitatea energiei electrice este scazută din cauza utilizatorului, respectiv Operatorul de Distribuţie în caz contrar .
La adoptarea deciziilor privind alegerea schemelor pentru reducerea (eliminarea) perturbaţiilor sub formă de goluri şi întreruperi de scurtă durată trebuie analizată şi soluţia unor măsuri pe partea tehnologică pentru creşterea imunităţii la acest tip de perturbaţii (utilizarea unor motoare electrice cu moment de inerţie crescut, motoare cu volant etc.).
Datorită tehnologiei moderne şi problemelor în alimentarea cu energie electrică au fost dezvoltate echipamente UPS dinamice, pe care marii consumatori pot să le utilizeze în care energia este stocată sub formă de energie cinetică a unui volant, care are o viteză mare de rotaţie.