Curentul continuu – viitorul alimentarii cu energie

Revolutia energetica: multi asociaza acest termen cu trecerea treptata la surse de energie regenerabila cum ar fi cea solara sau cea eoliana. Cu toate acestea, desi este deseori trecuta cu vederea, realizarea unui sistem durabil consta nu in modificarea sursei de energie ci in micsorarea consumului prin diminuarea pierderilor. Acest aspect se refera in special la industrie. In Germania, 48% din energia consumata ( aproximativ 250 TWh ) este consumata de industrie. Din aceasta energie, aproape 70% este consumata de actionarile electrice. Aici este zona in care pot fi facute cele mai mari economii. 10% din energie, adica 17 TWh poate fi economisita imediat prin introducerea variatoarelor de turatie la actionarea motoarelor electrice. Exista un potential urias deoarece sunt extrem de multe actionari la care convertizoarele de frecventa nu au fost inca utilizate iar motoarele lucreaza la turatie nominala desi nu este necesar . Potentialul de economisire prin introducerea convertizoarelor de frecventa pentru alimentarea acestor motoare este de aproximativ 30% adica , in valori absolute circa 50 TWh. Dar, la randul lor, convertizoarele de frecventa risipesc energie electrica prin faptul ca folosesc tensiune continua obtinuta prin redresarea tensiunii alternative. Aceasta conversie conduce la pierderi energetice si la generarea de armonici capabile sa destabilizeze retelele de distributie. In acelasi timp, circulatia de putere reactiva inspre sursa de energie electrica conduce la pierderi suplimentare in retelele de transport si distributie.

Retea de curent continuu pentru alimentarea drive-urilor

Alternativa convenabila la situatia actuala ar fi o retea de distributie in curent continuu care sa alimenteze toate drive-urile. Nivelul ideal de tensiune ar fi de 380 VDC deoarece bara de curent continuu din convertizoarele de frecventa lucreaza la o valoare cuprinsa uzual intre 350 si 400 VDC. Suplimentar, o selectie intre regimul de alimentare in DC sau AC poate fi facuta relativ usor. Avantajele unei retele de curent continuu sunt evidente:

• pierderi mai mici de putere datorita uneri conversii AC / DC la nivel centralizat

• stabilitate mai mare a retelei de distributie in curent alternativ datorita reducerii continutului total de armonici

• economie de componente electronice ( se elimina redresoarele individuale ) respectiv economii de spatiu prin reducerea cotelor de gabarit al dulapurilor drive-urilor

• integrare mai usoara a energiei provenite din surse regenerabile, de exemplu a panourilor fotovoltaice

• recuperarea mai usoara a energiei produse de franarea recuperativa si posibilitatea stocarii energiei in acumulatori electrici

Luand in calcul avantajele mentionate, retelele in curent continuu promit sa aduca economii energetice ridicate si devin o propunere atractiva.

Progres printr-un proiect de cercetare

Aceste scenarii sunt subiectul unui proiect de cercetare de mare amploare denumit “DC Industrie” fiind promovat in al saselea program de cercetare desfasurat sub patronajul Ministerului German pentru Afaceri Economice si Energie si beneficiaza de un buget de 10 milioane de euro. Sunt implicati 15 parteneri din domeniul industrial, ca de exemplu Siemens, Bosch Rexroth si Daimler si companii de cercetare industriala, de exemplu Fraunhofer IPA si sapte parteneri asociati printre care si Lapp Group. Scopul acestui proiect este ” realizarea unei retele inteligente deschise de curent continuu, pentru aplicatii industriale, pentru solutii eficiente de alimentare a drive-urilor ”. Testele se vor desfasura cu privire la sistemul de gestionare a retelei de distributie si la integrarea diversilor producatori si consumatori, in care se va raspunde la intrebarea daca obiectivele planificate de economisire a energiei pot fi atinse in intervalul procentual de doua cifre ( peste 10% ). Lapp va asigura cablurile potrivite pentru alimentarea in curent continuu. “Cu implicarea noastra in acest proiect incercam sa intelegem mai bine cerintele care se impun pentru cablurile si conductorii utilizati in curent continuu ”, explica Guido Ege, Head of Product Management si Product Development la Lapp.

Standardizarea este necesara

Subiectul curentului continuu la nivelul de joasa tensiune este acum in discutie in cadrul organismelor de standardizare. Suplimentar la acestea, Association of Electrical Technologies lucreaza separat la o harta a standardizarii care contine numeroase puncte cu actiuni recomandate:
- standarde de produs pentru dispozitive de protectie pentru curentii de defect si arc electric
- aplicarea standardelor EMC armonizate pentru echipamentele in current continuu
- instalarea separata a circuitelor de curent alternativ si curent continuu
- codul de culoare pentru cablurile DC
- specificarea nivelelor de tensiune
- instructiuni de instalare
De exemplu, pana acum nu au fost elaborate standarde pentru conectorii care trebuie sa lucreze in curent continuu. Expertii in standardizare trebuie sa ia in calcul toate cerintele practice impuse de curentul continuu. De asemenea, utilizatorul ar trebui sa poata trage conectorul din priza atunci cand este sub sarcina, atunci cand un dispozitiv este alimentat din reteaua de curent continuu. In cazul conectorilor conventionali pentru curent alternativ aceasta manevra poate fi facuta fara probleme deoarece arcul electric se stinge natural la trecerea prin zero a curentului. In cazul retelei de current continuu este necesara prezenta unui aparataj capabil sa rupa arcul de curent continuu care nu se intrerupe singur.

Cabluri speciale pentru curent continuu

Cercetatorii de la Lapp au inceput deja sa se gandeasca la toate cerintele care ar trebui respectate pentru cablurile destinate operarii in curent continuu si cum aceste cerinte pot fi transformate in standard. In principiu, cablurile de current alternative pot fi utilizate si in curent continuu. Dar cunostintele referitoare la procesele de imbatranire a izolatiei nu pot fi transferate pe deplin asupra cablurilor de curent continuu. Testele de laborator efectuate de Prof. Frank Berger de la TU Ilmenau in colaborare cu Lapp Group au indicat influente diferite ale campului electric in curent continuu decat cele determinate de campul electric in curent alternativ asupra proprietatilor fizico-chimice ale materialelor de izolatie. Fenomenul de imbatranire este mai accentuat in curent continuu datorita fenomenelor de polarizare iar proiectantii trebuie sa gaseasca noi raspunsuri la materialele de izolatie. Mai mult, se pare ca proprietatile de izolare ale materialelor sunt dependente de temperatura la care aceasta este supusa. Organismele de standardizare trebuie, de asemenea, sa efectueze testele de anduranta efectuate pe cablu pana in prezent fara a aplica tensiune. In cazul curentului direct, este posibil ca aceasta procedura sa subestimeze procesul real de imbatranire. Alte teste ar trebui sa furnizeze acum informatii daca in cazul tensiunii DC, joaca un rol si alti factori, in afara de temperatura, cum ar fi mediul inconjurator sau influente mecanice, cum ar fi razele de indoire. Si cum ar putea arata o configuratie de testare care reproduce acesti factori in cel mai realist mod posibil.

Primele experiente cu produsele

Subiectul cablurilor pentru aplicatii in curent continuu nu este nou pentru Lapp. Compania produce deja solutii sofisticate pentru mai multe aplicatii in curent continuu. Un exemplu este familia de cabluri ÖLFLEX® SOLAR produse folosite in aplicatiile fotovoltaice pentru transportul energiei. Un alt exemplu este dat de Lapp Systems care produce un cablu spiral destinat alimentarii automobilelor electrice sau hibride, Lapp HELIX, care se strange singur si are o greutate cu 40% mai mica decat solutiile existente pe piata. Solutiile destinate vehiculelor electrice reprezinta aria cu cea mai mare crestere in Grupul Lapp. Lapp a atins si zone neexplorate pana acum, de exemplu sistemele de conectare folosite pentru sisteme fotovoltaice organice, care produc desigur curent continuu,cu o solutie protejata la apa si cu conductor cu pereti subtiri. Rezultatul a putut fi admirat la Explozitia de la Milano din 2015. Cu ÖLFLEX DC 130H, Lapp a adus un nou cablu special destinat aplicatiilor in curent continuu cu tensiuni de pana la 600 V. Culorile conductorilor si izolatia exterioara de culoare galbena corespund unui prim set de reguli elaborate de VDE.

Utilizarea curentului continuu necesita aparataj si conectori adecvati deoarece arcul electric in curent continuu nu se stinge in mod natural ca cel in curent alternativ.

Pentru mai multe informatii, accesati www.lappkabel.ro.