Factorul de putere

Article Hierarchy

>> Article Home >> Electroenergetica >> Instalatii pentru compensarea factorului de putere

Instalatii pentru compensarea factorului de putere

1. Generalitati
Factorul de putere este raportul K dintre puterea activa "P" si puterea aparenta "S" intr-un circuit de curent alternativ.
In regim sinusoidal, in cazul unui circuit, vom avea:
- Puterea activa (reala) este egala cu produsul tensiunii si curentului in faza cu ea:

Unde reprezinta unghiul de defazaj intre curent si tensiune (fig.1).
- Puterea aparenta reprezinta produsul:

Marime utilizata pentru dimensionarea anumitor elemente a circuitelor electrice.
- Puterea reactiva este produsul dintre tensiune si componenta curentului in cuadratura cu ea:

Avem relatia:

Factorul de putere devine:

Deci, daca se cunoaste factorul de putere al unui circuit, se cunoaste defazajul dintre tensiunea de alimentare (U_l) si curentul de linie (I_l) sau alfel spus, defazajul dintre tensiunea de faza (U_f) si curentul de faza (I_f).

Intr-un sistem trifazat, echilibrat si ca tensiune si ca curent, avem:

- defazajul intre tensiunea de faza si curentul de faza;
- I - curentul;
- U_f - tensiunea de faza;
- U_l - tensiunea de linie sau intre faze.

In orice regim, puterea aparenta poate fi definita sub forma:

Deci, intr-un regim trifazat echilibrat, factorul de putere se exprima prin cos φ, in care φ este defazajul pe faza.
Obs! Factorul de putere are ca substrat fizic puterea reactiva. 1.1.

1.1 Determinarea factorului de putere

Valoarea factorului de putere nu este constanta; ea variaza in timp in functie de marimea sarcinii, variatiile de tensiune etc., atat pentru fiecare receptor inductiv in parte, cat si pentru intreaga instalatie electrica a unei intreprinderi sau a unui sistem energetic.
Se deosebesc:
a. Factorul de putere instantaneu intr-un sistem trifazic:

Aceasta marime se poata masura direct cu cosfimetru sau se determina in baza citirilor simultane a puterii, a tensiunii intre faze si a intensitatii.
b. Factorul de putere mediu:

care reprezinta media aritmetica a unui numar de "n" valori instantanee ale factorului de putere, luate la intervale egale de timp.
c. Factorul de putere mediu ponderat, determinat pentru un anumit interval de timp pe baza citiri contoarelor de putere activa si reactiva, unde:

W_r - energia reactiva consumata in perioada considerata;
W_a - energia activa in acelasi interval.

Factorul de putere mediu ponderat este cel care se stabileste si se ia in considerare in mod uzual. El este de doua feluri:
- natural, cand se stabileste pentru un consumator care nu are instalatii de compensare a puterii reactive sau, daca le are, aceste instalatii se deconecteaza in timpul masuratori;
- general, cand se stabileste fara deconectarea eventualelor instalatii de compensare existente.

In cazul consumatorilor prevazuti cu instalatii de compensare a energiei reactive care nu se pot deconecta la efectuarea masuratorilor, factorul de putere natural mediu ponderat se determina cu formula:

unde: W_re- este energia reactiva produsa de instalatiile de compensare in intervalul de timp considerat.

Factorul de putere se poate determina si cu ajutorul unor diagrame, cum ar fi:

a). Diagrama P, Q, S si cos φ (fig.3), unde:
- pe ordonata sunt trecute valori ale puterii active P;
- pe abcisa sunt trecute valori ale puterii reactive Q;
- razele cercurilor cu originea in centrul axelor reprezinta valorile puterilor aparente S;
- unghiurile facute de dreptele ce pleaca din originea axelor, cu axa P, reprezinta unghiurile; in diagrama sunt trasate o serie de drepte corespunzatoare unor unghiuri pentru cos cuprins intre 0,7 si 0,95.

Daca se cunosc doua elemente din cele patru: P, Q, S si cos , se citesc direct din diagrama celelalte doua elemente.

Exemplu: Stiind ca puterile medii absorbite intr-o instalatie sunt P=70kW si Q=70kVAR, obtinem S=100kVA ca urmare a marimii razei cercului ce trece prin punctul A de intersectie a celor doua paralele duse prin punctele 7 la ordonata si la abcisa. In acest caz pe raza respectiva se citeste cos =0,7. Pentru determinarea puterii reactive Q_C necesara a se compensa pentru ridicarea factorului de putere de la 0,7 la 0,85, de exemplu, din punctul de intretaiere A stabilit mai sus, ne deplasam spre stanga pe dreapta ce duce la P=7. La intalnirea cu raza ce reprezinta cos = 0,85, in punctul B, se coboara o verticala si se citeste pe abcisa Q=43kVAR.

Rezulta:

Scarile pentru P si Q sunt in unitati se pot incadra in limitele diagramei, valori ale puterilor, indiferent de ordinul de marime a acestora.

b). Diagrama Pa, Wa, Pr si Wr (fig.4), care se poate utiliza procedandu-se ca in exemplu de mai jos.
Daca se cunosc puterile electrice P=650kW si Q=500kVAR, se determina punctele A si B pe cele doua scari. Marimea factorului de putere instantaneu se afla la intersectia dreptei AB cu diagonala ce da valorile pentru cos , in punctul C aceasta valoarea este 0,8.
Daca se cunoaste consumul de energie electrica intr-un anumit intreval de timp, Wa=70 000 kWh si Wr= 33 000 kVArh, se determina punctele A1 si B1 pe cele doua scari. Marimea factorului de putere ponderat se afla la intersectia dreptei A1B1 cu diagonala respectiva (punctul C1) si anume cos =0,95.

1.2 Cauzele scaderii factorului de putere.

Scaderea factorului de putere in retelele electrice este determinata de puterile reactive consumate de diferite receptoare din aceste retele.

Receptoarele de putere reactiva se pot imparti in doua mari grupe:

a. Receptoare care consuma putere reactiva necesara producerii campurilor magnetice:
- masini sincrone;
- masini sincrone subexcitate;
- transformatoare;
- linii electrice aeriene functionand in sarcina si avand un caracter predominant inductiv.

b. Receptoare care produc putere reactiva:
- masini sincrone supraexcitate;
- condensatoare statice;
- linii electrice aeriene de inalta tensiune sau linii electrice in cablu functionand cu sarcina redusa si avand un caracter predominant capacitiv.

Principalele cauze ale scaderii factorului de putere in exploatare sunt:
- functionarea motoarelor asincrone cu o sarcina medie mai mica decat cea nominala;
- functionarea motoarelor asincrone in gol, in anumite perioade;
- modificarea caracteristicilor nominale de functionare a motoarelor, datorita reparatiilor necorespunzatoare etc.;
- functionarea cu sarcina redusa a transformatoarelor.

1.3 Efectele scaderii factorului de putere

a. Cresterea pierderilor de putere in rezistenta conductoarelor
Pentru o valoare data a puterii active P, pierderile ohmice cresc in raport invers proportional cu patratul factorului de putere.
Astfel, intr-un sistem trifazat echilibrat, valoarea pierderilor este data de expresia:

unde R reprezinta rezistenta unui conductor.
Se mai poate scrie:

Pierderile produse de fiecare din puterile P si Q sunt independente si acest lucru da posibilitatea compensarii puterii reactive, reducandu-se pierderile produse de aceasta, fara a se influenta pierderile datorate puterii active. De asemenea, se poate calcula amortizarea investitiilor necesare instalatiilor de compensare a factorului de putere.

b. Necesitatea supradimensionari instalatiilor
Puterea electrica nominala a instalatiilor de producere, transport si distributie a energiei electrice se exprima prin puterea lor aparenta.

Deci, cu cat valoarea factorului de putere al instalatiilor este mai mica, cu atat puterea lor nominala trebuie sa fie mai mare, pentru o aceeasi putere activa.Rezulta necesitatea supradimensionarii instalatiilor respective.

c. Reducerea posibilitatilor de incarcare cu putere activa a instalatiilor
Capacitatea de producere, transport si distributie a energiei electrice este determinata de puterea lor aparenta. In cazul in care factorul de putere realizat efectiv in exploatare este mai mic decat cel avut in vedere la proiectarea instalatiilor, posibilitatea incarcarii lor cu putere activa scade.

2. Mijloace pentru imbunatatirea factorului de putere

Regulamentul pentru furnizarea si utilizarea energiei electrice prevede aplicarea de majorari la valoarea facturii energiei electrice furnizate, in functie de valoarea factorului de putere mediu lunar, cu care consumatorul preia energia electrica din retelele furnizorului conform unui anumit tip de tarif, asa cum se arata in tabelul alaturat (exemplu: tarif de tip D - monom simplu, joasa tensiune, conform ultimului Ordin ANRE nr.71/2007). Pentru valori intermediare ale factorului de putere, procentul de majorare se stabileste prin interpolare.

Factorul de putere, care caracterizeaza de altfel calitatea consumului de energie electrica, poate fi imbunatatit prin reducerea puterii reactive absorbite de receptoare.

Cele mai indicate mijloace sunt:

a. Mijloace naturale:
- functionarea dupa grafic a transformatoarelor;
- folosirea de motoare sincrone in locul celor asincrone;
- inlocuirea motoarelor asincrone supradimensionate;
- montarea de comutatoare stea-triunghi;
- inlocuirea transformatoarelor slab incarcate;
- montarea de limitatoare de mers in gol la motoarele asincrone, transformatoare de sudura etc.

b. Mijloace speciale (artificiale):
- echiparea motoarelor asincrone cu compensatoare de faza;
- montarea de compensatoare sincrone;
- montarea de condensatoare statice.

Mijloacele speciale se folosesc pentru reducerea puterii de energie reactiva ce nu a putut fi compensata prin mijloace naturale.

Folosirea tuturor acestor mijloace, mai putin functionarea dupa grafic a transformatoarelor si folosirea comutatoarelor stea-triunghi, se face in urma unui calcul tehnico economic prin care se compara cheltuielile dinainte si dupa imbunatatirea factorului de putere.

Pentru evitarea modificarii caracteriticilor nominale de functionare a motoarelor, este necesara verificarea bunei executii a reparatiilor din punctul de vedere a bobinajului si a intrefierului. Desfiintarea transmisiilor conduce de asemenea la imbunatatirea factorului de putere, prin evitarea timpului de mers in gol sau cu sarcina redusa, a motoarelor transmisiilor.

3. Utilizarea mijloacelor pentru reducerea consumului de energie reactiva

3.1 Mijloace naturale

a. Functionarea dupa grafic a transformatoarelor
Se utilizeaza in statiile sau posturile de transformare cu multe transformatoare in paralel si unde se inregistreaza o variatie mare a sarcinilor in timpul unei zile. In fig.5 sunt trasate curbele de pierderi totale de putere activa in transformatoare si in reteaua consumatorului, functie de puterea aparenta absorbit, pentru combinatiile posibile de functionare in paralel a transformatoarelor.

Aceste variante de functionare se stabilesc tinand seama de limitele de variatie a sarcinii cerute si de conditiile de siguranta in alimentare, impuse de categoria receptoarelor.

Din graficul prezentat rezulta ca functionarea optima a transformatoarelor are loc atunci cand la sarcina S < S1 vor functiona transformatoarele T2 si T3, iar la sarcina S2 < S < S1 va functiona transformatorul T2 etc. Este indicata automatizarea conectarii transformatoarelor, functie de sarcina.

b. Folosirea motoarelor sincrone in locul celor asincrone
Este un procedeu eficient si simplu din punct de vedere tehnic, fiind indicat a se utiliza ori de cate ori procesele tehnologice permit acest lucru. Motoarele sincrone se pot folosi pentru actionarea ventilatoarelor, pompelor, compresoarelor si in general acolo unde este nevoie de reglarea vitezei mecanismelor actionate.

Pentru puteri peste 100kW, folosirea motoarelor asincrone se va face numai pe baza considerentelor tehnice.Posibilitatea unui motor sincron de a imbunatati factorul de putere depinde de incarcarea acestuia cu putere activa; ea este cu atat mai mare cu cat sarcina lui activa este mai mica.

c. Inlocuirea motoarelor asincrone supradimensionate
Motoarele asincrone absorb puteri reactive mari atat la mersul in sarcina, cat si la mersul in gol. Puterea reactiva absorbita la sarcina nominala variaza intre 0,350,70 din puterea activa nominala, iar la mersul in gol intre 0,300,55, functie de marimea si modul de constructie a electromotorului.

Inlocuirea unui motor asincron de putere mai mare printr-unul de putere mai mica, este avantajoasa numai atunci cand reducerea pierderilor active de mers in gol al motorului si reducerea pierderilor de putere activa in retea, datorita puterii consumate de motorul nou ales, este mai mare decat cresterea pierderilor active in cupru datorita micsorarii puterii motorului.

In acest fel:
- daca motoarele asincrone au o incarcare medie de 70% si mai mult din puterea lor nominala sau au un timp de functionare sub 1500 ore/an, nu se vor inlocui;
- daca motoarele asincrone au o incarcare medie cuprinsa intre 45 si 70% din puterea lor nominala, inlocuirea lor se poate face in baza calculelor tehnico-economice;
- daca motoarele asincrone au o incarcare medie sub 45% din puterea lor nominala, vor fi inlocuite cu motoare de putere mai mica, fara efectuarea unui calcul tehnico-economic, dar cu conditia ca motoarele alese sa nu depaseasca incalzirea admisa la eventuale suprasarcini.

d. Montarea comutatoarelor stea-triunghi
Cresterea tensiuni de alimentare a motoarelor asincrone peste tensiunea lor nominala, inrautateste factorul de putere, marind fluxul rezultant in stator, in cazul motoarelor insuficient incarcate.Micsorarea tensiunii de alimentare se poate face prin:
- modificarea conexiuni statorului din triunghi in stea;
- modificarea numarului de spire a bobinajului statoric;
- reducerea tensiunii prin schimbarea ploturilor la transformatoarele ce alimenteaza motoare asincrone.

Imbunatatirea factorului de putere la motoarele asincrone, care functioneaza in mod normal in conexiunea triunghi si care merg timp indelungat cu sarcina mai redusa decat 33% din cea nominala iar in restul timpului cu sarcina mai mare, se realizeaza (daca inlocuirea motorului nu este posibila deoarece exista perioade cand functioneaza la o sarcina apropiata de cea nominala) prin micsorarea fluxului magnetic in motor in timpul functionarii cu sarcina redusa, folosind pentru aceasta conexiunea stea, prin realizarea unui comutator stea-triunghi.

Prin aceasta modificare a conexiunilor, tensiunea aplicata fiecarei faze a bobinajului se micsoreaza cu raportul , concomitent cu scaderea cuplului si a puterii in raportul 1/3. Mentinerea conexiunii in stea este admisa pana la atingerea unui cuplu cerut de 44% din cel nominal, dupa care se trece la conexiunea in triunghi, pentru a evita functionarea instabila a motorului, supraincalzirea bobinajului.

Montarea comutatoarelor stea-triunghi la motoarele asincrone conduce la economii de putere activa si reactiva; cheltuielile implicate sunt mici iar din aceasta cauza nu este necesar un calcul de eficienta.Sectionarea infasurarii statorului este in functie de conditiile de pornire si de mers ale motorului.Reducerea tensiunii transformatoarelor este un procedeu obisnuit in exploatare.

e. Inlocuirea transformatoarelor slab incarcate
Inlocuirea unui transformator de o putere mai mare, lucrand subincarcat, prin altul de putere mai mica, este eficient atunci cand pierderile totale de energie (in transformator, in reteaua consumatorului si in sistem) scad ca urmare a acestei inlocuiri.

Este cazul transformatoarelor incarcate peste 1500 ore/an sub 50% din puterea lor nominala.Pentru transformatoare incarcate peste 50% din puterea lor nominala sau care se afla sub tensiune sub 1500 ore/an, nu se pune problema inlocuiri.

f. Montarea limitatoarelor de mers in gol
Se face, obisnuit, in cazul motoarelor electrice asincrone si al transformatoarelor de sudura la care durata de mers in gol intre fazele de lucru este mai mare de 20% din intregul timp de folosire a masinii.

Se intocmeste calculul de eficienta pentru a stabili daca economia de energie activa realizata anual prin oprirea motoarelor pe durata timpului auxiliar, depaseste sporul de consum anual datorat numarului majorat de porniri si daca valoarea acestei economii justifica cheltuielile pentru montarea limitatoarelor de mers in gol.Introducerea de limitatoare automate de mers in gol reduce atat consumul de putere activa cat si consumul de putere reactiva, imbunatatind factorul de putere al instalatiilor.

S-a stabilit ca pentru durate de mers in gol mai mari de 10 secunde, folosirea limitatoarelor de mers in gol conduce la economii ale energiei active. Pentru durate mai mici, este indicat ca limitatorul de mers in gol sa fie prevazut cu dispozitiv de temporizare reglat in functie de regimul motorului, pentru a nu actiona la opriri prea scurte.

3.2 Mijloace artificiale
Compensarea artificiala inseamna producerea locala de putere reactiva la consumator si se poate realiza prin:

a. Echiparea motoarelor asincrone cu compensatoare de faza
Se face la motoarele asincrone de 200kW si mai mari, a caror incarcare medie depaseste 40% din puterea lor nominala.Motorului asincron i se adapteaza (obisnuit, pe rotorul lui) un compensator de faza, compus dintr-un rotor (indus) de masina de curent continuu, care primeste curent de la inelele colectoare ale motorului asincron, la trei perii echidistante ale colectorului compensatorului. Circuitul rotorului asincron se inchide deci prin circuitul compensatorului de faza.

Marimea compensatorului de faza se alege astfel ca factorul de putere al motorului sa fie apropiat de unitate. Cand motorul asincron are turatie mica, este indicat ca antrenarea compensatorului de faza sa se faca printr-un motor auxiliar de turatie mai mare.

b. Utilizarea motoarelor asincrone sincronizate
Fata de motoarele sincrone, motoarele asincrone sincronizate realizeaza un cuplu marit de demaraj; ele pornesc ca motor asincron si dupa ce primeste in infasurarea trifazata a rotorului sau un curent continuu, produs de o excitratice separata, capata viteza sincrona.Motoarele asincrone sincronizate debiteaza, ca si motoarele sincrone, energie reactiva in instalatie, pe masura ce se descarca de sarcina activa in instalatie.

c. Montarea de compensatoare sincrone
Compensatorul sincron este un motor sincron de tip usor, care se foloseste exclusiv pentru imbunatatirea factorului de putere, fara sarcina la arbore.Compensatoarele sincrone se construiesc, in general, de puteri de peste 5 000 kVA si se utilizeaza in cadrul retelelor de distributie si mai rar la consumatori, cand puterea reactiva de compensat depaseste 30MVAr.

Daca compensatoarele sincrone servesc si pentru reglarea tensiunii, se pot utiliza chiar si atunci cand puterea reactiva de compensat este sub 30MVAr. Prin variatia excitatiei sale, compensatorul sincron poate diminua tensiunea retelei, cand este subexcitat (absorbind energie reactiva) si poate mari tensiunea, cand este supraexcitat (debitand energie reactiva si ameliorand factorul de putere al sistemului de distributie respectiv).

d. Montarea de condensatoare statice
Se utilizeaza atunci cand puterea reactiva de compensat este sub 30MVAr, situatie intalnita frecvent in cazul consumatorilor industriali.

Condensatoarele statice se contruiesc pentru diferite puteri:
- pana la 25kVAr, se considera de putere mica;
- de la 25250kVAr, de putere mijlocie;
- peste 250 kVAr, de putere mare.

Condensatoarele nu se monteaza in instalatii individuale, ci sub forma de baterie de condensatoare.

In functie de putere, bateriile se pot clasifica astfel:
- pana la 500 kVAr, de putere mica;
- de la 500 1000 kVar, de putere mijlocie;
- peste 500 kVAr, de putere mare.

Bateriile de condensatoare prezinta ca avantaje:
- pierderi specifice mici si constante (cca. 2 5 W/kVAr);
- posibilitatea montarii descentralizate;
- posibilitatea maririi treptate a puterii lor prin instalarea de noi unitati;
- spatiu de montare restrans;
- greutate relativ mica;
- lipsa partilor in miscare;
- usurinta demontarii si remontarii.

Ca neajunsuri se mentioneaza:
- reglarea puterii bateriilor nu se poate face in mod continuu ci numai in trepte si cu un dispozitiv de reglare complicat;
- puterea condensatoarelor variaza odata cu tensiunea conform relatiei:

Condensatoarele statice se fabrica pentru tensiuni joase si inalte.

Alegerea compensarii puterii reactive prin baterii de condensatoare de inalta sau joasa tensiune este in functie de conditiile locale si de necesitatile functionarii retelei sistemului energetic sau instalatiei consumatorului respectiv. De regula, condensatoarele de inalta tensiune de puterii mari si mijlocii, se fabrica atat monofazate cat si trifazate; cele de putere mica se fabrica monofazate. Condensatoarele pentru tensiunii pana la 500V, se executa, de regula, trifazat. Cele monofazate se intrebuinteaza rar, in special la transformatoarele de sudura sau la cuptoarele electrice.Condensatoarele indigene pentru tensiuni de 380 si 500V sunt trifazate, cu conexiunea in triunghi si cu o putere unitara de 15kVAr.

4. Instalatii de condensatoare statice
In cazul cel mai frecvent, al intreprinderilor industriale care utilizeaza un numar mare de motoare de puterii mijlocii si mici, cu tensiunile de 500V, 380V si 220V, se indica folosirea motoarelor asincrone si micsorarea puterii reactive absorbite prin baterii de condensatoare.Montarea condensatoarelor statice pentru compensarea energiei reactive se poate face folosind urmatoarele scheme:

a. Schema compensarii individuale, care se aplica:
- la receptoarele inductive cu un consum mare de energie reactiva si functionare continua;
- la instalatiile de iluminat cu lampi cu descarcari in gaze, la care compensarea energiei reactive consumate la balasturi trebuie facuta la fiecare corp de iluminat sau, in mod exceptional, la tablourile de distributie a circuitelor de iluminat.In cazul imbunatatiri locale a factorului de putere la receptoarele de putere mare, condensatoarele se aleg astfel incat curentul capacitiv sa fie mai mic decat curentul de mers in gol al receptorului respectiv (motor, transformator etc.).

b. Schema compensarii pe grupe se utilizeaza cand receptoarele de energie reactiva sunt amplasate grupat.

c. Schema compensarii centralizate, care este de preferat si in care instalatia de compensare se monteaza pe barele de iesire ale transformatoarelor, pe axul retelei de distributie sau pe barele colectoare ale tabloului general.

In cazul compensarii centralizate, bateria de condensatoare va fi prevazuta cu posibilitati de conectare si deconectare de la retea, in trepte - de preferinta cu comutarea automata - in functie de puterea reactiva ce trebuie compensata (fig. 6.1).

La consumatorii cu posturi de transformare proprii, prima treapta se va dimensiona pentru un curent capacitiv mai mic decat curentul de mers in gol a transformatorului. Pana la tensiunea de 500V, toate sectiile de condensatoarelor sunt legate in derivatie pe fiecare faza.

La cele mai multe constructii de condensatoare se foloseste protectia individuala a sectiilor impotriva scurtcircuitelor. Pentru aceasta, armaturile fiecarei sectii se leaga cu alte sectii sau cu bornele condensatorului, prin conductori subtiri cu rol de sigurante fuzibile. Astfel, in caz de scurtcircuit intr-o sectie, prin topirea conductorilor de legatura, aceasta este deconectata, condensatorul ramanand in functie.Bateriile de condensatoare se protejeaza prin sigurante fuzibile sau prin intreruptoare automate cu relee de protectie.

Sigurantele fuzibile vor fi de tipul cu rupere lenta iar curentul nominal al fuzibilului se va alege:
- de 1,8 curentul nominal al bateriei, in cazul cand aceasta este fara trepte;
- de 1,6 curentul nominal al bateriei, in cazul conectarii in trepte a acestei.

Intreruptoarele automate vor fi de tipul cu rupere in aer; curentul releelor termice va fi reglat la cel mult 1,2 ori curentul nominal al bateriei iar a releelor electromagnetice la (4 8)*IN.

In anumite cazuri, bateriile de condensatoare pot fi prevazute si cu dispozitve speciale de protectie impotriva supratensiunilor, a punerilor la pamant sau a cresterii temperaturii mediului inconjurator.

In cazul bateriilor de condensatoare de inalta tensiune, la care sectiile sau grupele de sectii sunt legate in serie, nu se mai poate realiza o protectie a sectiilor prin fuzibile individuale. In acest fel se impune ca fiecare condensator sa fie protejat prin siguranta fuzibila proprie. Bateria de condensatoare se va proteja printr-un intrerupator automat cu relee maximale de curent, sau prin sigurante fuzibile, cand bateria se lega la retea prin separatoare.

Fenomenele de comutatie in instalatiile cu condensatoare prezinta unele particularitati ce se deosebesc faptului ca, la conectarea condensatorului, acesta se incarca asupra tensiunii aplicate, circuitul lui fiind strabatut de un curent tranzitoriu care depaseste de citeva ori valoarea normala.

Durata acestui curent este foarte redusa insa efectul sau termic poate topi fuzibilul sigurantei de protectie. De asemenea, daca in circuitul condensatorului se afla o inductanta, bobinajul primar a unui transformator de curent, curentul tranzitoriu poate produce supratensiunii mari. La deconectare, condensatorul isi mentine o sarcina electrica dupa intreruperea circuitului, putand produce scantei intre contactele intrerupatorului, adica o noua punere sub tensiune, prin strapungerea dielectricului respectiv.

Pentru evitarea acestor dificultati in cadrul instalatiilor de condensatoare, aparatele de conectare vor fi in carcasa de protectie si vor avea curentii nominali mai mari decat curentul nominal al bateriilor, astfel:
- de 1,2 1,8 ori, in cazul intrerupatoarelor automate;
- de cel putin 2,5 ori, in cazul intrerupatoarelor manuale.

Aparatele de deconectare vor fi prevazute cu comanda la distanta sau cu dispozitiv de actionare cu parghie, protejat contra atingerii accidentale a partilor sub tensiune.

Instalatiile bateriilor de condensatoare se vor echipa cu cate un ampermetru pe fiecare faza si cu un voltmetru cu comutator voltmetric.Conectarea si deconectarea bateriei se poate face printr-un intreruptor comun (fig.8) sau poate fi independenta de functionarea unui anumit receptor inductiv (fig.9).

Descarcarea normala (autodescarcarea) condensatoarelor de sarcina electrica cu care raman incarcate la deconectare (tensiunea lor este egala cu tensiunea instalatiei in momentul intreruperii), dureaza cateva ore. Este necesara grabirea acestei descarcari, atat pentru prevenirea accidentelor de personal, cat si pentru evitarea socurilor de curent datorate reconectarii la instalatie a condensatoarelor incarcate.

Pentru acesta bateriile de condensatoare vor fi prevazute cu dispozitive de descarcare, automate sau manuale, astfel dimensionate incat dupa un minut de la deconectarea bateriei, tensiunea la bornele condensatoarelor sa scada sub 24V.

Pentru descarcare se pot intrebuinta reactante inductive sau rezistente active, montate in paralel cu condensatoarele. Este indicata montarea rezistentelor de descarcare pe toate cele trei punti (R - S, S - T, T - R), legarea in triunghi asigurand descarcarea condensatoarelor chiar daca una din rezistente este defecta (fig.9).In cazul in care condensatoarele se monteaza in paralel cu infasurarile motoarelor sau transformatoarelor, aceste infasurari servesc si ca rezistente de descarcare (fig.10).

Valoarea rezistentei de descarcare se determina cu relatia:

unde: t - timpul de descarcare in secunde; U - tensiunea intre faze in V; ω - pulsatia; ω = 2πf, unde f este frecventa; U_ad - tensiunea remanenta a bateriei, admisa la sfasitul descarcarii, in V; Q_C - puterea reactiva a bateriei (treptei) in kVAr.

Exemplu: Daca se considera t = 60s, U=380V, =314 (pentru f=50Hz) si Uad=24V, se obtine:

Pentru bateriile trifazate se va lua Q_C/3 pentru o punte intre doua faze. Spre exemplu, pentru o baterie trifazata de 150kVAr, 380V, rezulta ca necesara pe fiecare punte cate o rezistenta de descarcare de:

Puterea absorbita de una din rezistente este:

De regula, rezistentele de descarcare sunt conectate permament in paralel cu bateria de condensatoare (fig.9). Pentru economie de energie si lampi (cand acestea se folosesc ca rezistente), conectarea rezistentelor se poate face numai la deconectarea bateriei, prin contactele auxiliare ale intrerupatorului automat (fig.11).

Puterea reactiva produsa prin baterii de condensatoare se regleaza prin variatia in trepte a numarului de condensatoare in functiune, cu ajutorul unor contactoare. Contactoarele pentru reglaj pot fi comandate manual sau automat.In cazul conectarii automate a treptelor bateriei de condensatoare, timpul de descarcare trebuie sa asigure, pana la conectarea urmatoare, reducerea tensiunii la bornele bateriei pana la valoarea de 0,1U_N.

In acest caz, valoarea rezistentelor de descarcare se determina in functie de modul de conectare a acestora la bateria de condensatoare si in functie de constanta de timp T corespunzator lui t si Uad (fig.12).

Reglarea automata a capacitatii in functionare a bateriei de condensatoare, in functie de cererea de putere reactiva, se poate realiza cu ajutorul unui "limitator de putere reactiva", care functioneaza pe principiul contorului monofazat de putere reactiva. Cuplul motor al limitatorului este proportional cu puterea reactiva masurata si actioneaza asupra unui arbore cu came. Acesta produce inchiderea sau deschiderea circuitelor releelor de comanda a contactoarelor, care introduc sau scot din circuit condensatoare de anumite puteri.

Conectarea automata a bateriei si reglajul automatizat al acesteia se poate face pe langa utilizarea releelor varmetrice (fig.7) si prin relee de tensiune (fig.13) sau prin relee de timp (fig.14).

Temporizarea trebuie sa fie reglabila pana la 10 minute, iar variatia de tensiune datorata conectarii bateriei trebuie sa nu depaseasca diferenta intre reglajele releelor de tensiune maxima si minima.Baterii mari de condensatoare se leaga la barele colectoare prin cabluri (nu sunt indicate legaturile aeriene), dimensionate si la curentul de soc produs la conectare.

Pentru micsorarea curentilor care apar la conectarea unei baterii de condensatoare in paralel cu alta baterie, se pot instala bobine de reactanta in aer (formate din conductor izolat, in 10 - 12 spire cu diametrul de 5 - 6 cm), inaintea fiecarui intreruptor automat (fig.15).

Tensiunea de serviciu a condensatoarelor poate depasi tensiunea lor nominala cu pana 10%, pentru perioade mai mici de 24ore si cu cel mult 4%, pentru perioade mai mari. Variatiile de tensiune duc la marirea proportionala a campului si la cresterea pierderilor in dielectric, proportionala cu patratul tensiunii.

Se inrautatesc astfel conditiile de functionare a condensatoarelor si se scurteaza viata lor. Bateriile de condensatoare se instaleaza in incaperii ventilate, fara praf si vapori de gaze corozive si in care temperatura ambianta nu depaseste 350C.Condensatoarele se monteaza pe stelaje metalice, pe cel mult doua randuri si trei nivele, asigurandu-se spatiile necesare pentru circulatia aerului. In cazul instalarii condensatoarelor in dulapuri metalice montate in exterior, acestea se vor aseza deasupra solului, pe postamente de beton si se vor amplasa de preferinta in partea de nord a statiilor electrice, ferite de soare.

Stelajele si dulapurile metalice, precum si bornele de legare la pamant ale condensatoarelor, se vor lega la instalatia generala de protectie. Temperatura condensatoarelor nu va depasi 600C; in caz contrar se reduce simtitor durata lor de serviciu. Controlul temperaturii condensatoarelor (obisnuit cu ajutorul termocuplelor instalate la fiecare condensator), permite descoperirea la timp a celor cu sectii stapunse si deconectarea lor inainte de a se produce scurtcircuitarea bornelor.

In conditii normale de exploatare, durata de functionare a condensatoarelor se poate aprecia la 10 ani. La unitatile trifazate suspuse la un sistem simetric de tensiuni, curentul pe diferite faze nu trebuie sa difere cu mai mult de 10% din valoarea celui mare. Condensatoarele unitare trebuie sa poata functiona perioade lungi de timp sub o tensiune intre borne care sa nu depaseasca 1,10*U_N.

Condensatoarele unitare trebuie sa poata functiona in mod continuu cu un curent de faza a carui valoare eficace nu depaseste de 1,3 ori curentul de faza la tensiunea si frecventa nominala.

In unitatile trifazate, raportul valorilor maxime si minime ale capacitatilor, masurate intre doua borne de linie (borne la care se conecteaza conductorii de alimentare) oarecare, nu trebuie sa depaseasca 1,06.

Puterea reactiva Q a condensatorului se poate calcula cu relatia:

unde:
- capacitatile masurate intre doua borne de linie ale unui condensator trifazat cuplat in triunghi sau in stea, in uF;
- tensiunea nominala de alimentare, in kV;
- pulsatia corespunzatoare frecventei nominale.

Pe eticheta fiecarui condensator se indica tipul de montaj prin urmatoarele simboluri
Δ - triunghi;
Y - stea;-
Y- - stea cu neutrul accesibil;
III - trei sectiuni fara interconexiuni interne.

Depozitarea condensatoarelor se face in incaperi acoperite si uscate. Uzual, se folosesc scheme de conexiuni pentru stelaje cu 10 si 15 condensatoare in module, respectiv trepte de reglaj, de 75; 150 si 225kVAr, montate pe schelet cu 2 sau 3 nivele. O schema de conexiuni pentru 15 condensatoare este redata in figura 16.

Cinci condensatoare conectate prin bare formeaza un modul de reglaj de 75kVAr. Fiecare treapta de reglaj se leaga obligatoriu separat la dispozitivul cu lampi pentru descarcare si semnalizare. Fiecare condensator se leaga separat la bara de nul.