Proiectarea Alimentarii cu Energie Electrica a Unui Centru de Afaceri

I. Tema:

Proiectarea alimentării cu energie electrica a unui centru de afaceri amplasat în municipiul Târgoviște, județul Dâmbovița.

Se dau:

Caracteristicile energetice ale consumatorului:

Puterea activă instalată – se va calcula în funcție de cerințele consumatorului;

Factorul de putere mediu – ;

Timpul de utilizare al puterii maxime – Tmax = 3500 ore/an;

Evolutia sarcinii – în următorii 5 ani nu se prevede modificarea puterii instalate;

Timpul de întrerupere admis – până la repararea instalației avariate;

Numărul căilor de alimentare – o singură cale de alimentare;

Instalațiile electrice existente în zona de consum:

L.E.A. – 20kV situată la o distanță de 1km de consumator;

P.T.A. 20/0.4 kV, 250 kVA, aflat la 0.3km de consumator; sarcina maximă existentă pe P.T.A. : 150 VA.

II. Proiectul va conține minim următoarele capitole:

a. Caracterizarea generală a amplasamentului:

Amplasarea geografică:

Stabilirea amplasamentului;

Determinarea caracteristicilor meteorologice ale amplasamentului;

Factori naturali de mediu:

Date despre temperaturile minime și maxime.

b. Identificarea nodurilor de energie electrică de la care s-ar putea face racordul de energie:

Amplasare (distanțe până la investiție);

Capacitate de transport(MW/an);

Nivel de tensiuni (kV);

Consumatorii din zonă;

c. Calculul nivelelor de putere și energie necesare consumatorului:

Dimensionare;

Alegere;

Amplasare;

Determinarea factorului de putere și unde este cazul, calculul bateriilor de condensatoare necesare ameliorării acestuia.

Argumentarea soluțiilor alese.

d. Alegerea tipului de racord care urmează a fi folosit și dimensionarea acestuia.

Argumentarea soluției alese.

e. Alegerea transformatoarelor și a aparatelor de comutație.

Calculul pierderilor de putere și energie precum și a rezervelor necesare.

f. Alegerea secțiunii conductoarelor necesare racordului electric.

g. Proiectarea schemei electrice de racord.

h. Calculul rețelei realizate în regim de avarie.

i. Calculul tehnico – economic al investiției.

UNIVERSITATEA “VALAHIA” TÂRGOVIȘTE

COLEGIUL UNIVERSITAR TEHNIC – T.D.E.E.

REFERAT

Asupra proiectului de diplomă al absolventului FLOREA VALENTIN, secția TRANSPORTUL ȘI DISTRIBUȚIA ENERGIEI ELECTRICE promoția 2003.

1. Tema.

Proiectarea alimentării cu energie a unui centru de afaceri amplasat în municipiul Târgoviște, județul Dâmbovița.

2. Caracterul și eficiența lucrării.

Lucrarea a fost concepută astfel încât să introducă absolventul în problematica ridicată de acest tip de consumator de energie.

Specificul activității unui astfel de utilizator de electicitate impune soluții tehnice moderne în ceea ce privește:

Iluminatul;

Climatizarea spațiului și folosirea pompelor de căldură;

Măsuri de siguranță în caz de avarie a instalației de alimentare cu electricitate.

Specificul activității a impus o serie de restricții care au necesitat investigații bibliografice suplimentare din partea absolventului.

Lucrarea are un caracter unitar, complex, necesitând un mare volum de munca și apelând la o gamă largă de cunoștințe teoretice, impunând formularea unor raspunsuri concrete problemelor abordate.

Maniera în care a fost finalizat proiectul denotă o foarte bună pregătire teoretică a absolventului și capacitatea de a utiliza cu rezultate corecte, cunoștințele acumulate în cei trei ani de studiu.

3. Principalele probleme tratate.

Prin modul în care a fost formulată tema de proiectare s-a impus rezolvarea unui număr de probleme, ca de exemplu:

Determinarea caracteristicilor meteorologice ale amplasamentului și consecințele care rezultă din acestea;

Stabilirea consumatorilor de electricitate și al consumului energetic al acestora;

Dimensionarea racordului electric al consumatorului;

Dimensionarea electrică a consumatorului pe teritoriul acestuia;

Necesitatea existenței unei surse auxiliare de electricitate;

Calculul și alegerea echipamentelor de protecție pentru instalația electrică de pe teritoriul consumatorului;

Calculul curenților și alegerea aparaturii în cazul producerii unui scurtcircuit la consumatorul de electricitate;

Calculul a doua variante de alimentare și alegerea soluției optime.

4. Aprecieri asupra părții grafice a proiectului.

Lucrarea are un caracter deosebit de îngrijit, dovedind seriozitatea absolventului în rezolvarea temei alese.

Redactarea lucrării s-a făcut pe calculator, oferind posibilitatea unei rigori mai mari în scrierea relațiilor analitice, a tabelelor de date, ca și prezentarea figurilor ajutătoare.

Graficele însoțesc și ilustrează textul, ajutând la o mai bună înțelegere a acestuia.

5. Aprecieri asupra părții economice.

Proiectul de față a ajutat absolventul să înțeleagă faptul că scopul activității este găsirea unei soluții unice, concrete, pentru problema dată, soluție care trebuie realizată cu niște constrângeri impuse.

Deoarece prin tema de proiectare s-au impus doua variante de alimentare cu electricitate a consumatorului, a trebuit să fie determinată soluția optimă în baza unei analize tehnico-economice.

6. Concluzii.

Tema de proiectare a avut un grad sporit de dificultate și complexitate.

Ținând cont de cele afirmate anterior, consider ca toate obiectivele impuse prin tema de proiectare au fost îndeplinite, absolventul FLOREA VALENTIN demonstrând seriozitatea și perseverența cu care s-a pregătit în toți anii de studiu, drept pentru care apreciez lucrarea ca fiind foarte bună.

Data: 05.05.2003

Îndrumător proiect,

Ing. FLORESCU VICTOR

TEMA PROIECTULUI

Să se proiecteze alimentarea cu energie electrică a unui centru de afaceri amplasat în municipiul Târgoviște.

Date inițiale:

Caracteristicile energetice ale consumatorului:

Puterea activă instalată – se va calcula în funcție de cerințele consumatorului;

Factorul de putere mediu – ;

Timpul de utilizare al puterii maxime – Tmax = 3500 ore/an;

Evolutia sarcinii – în următorii 5 ani nu se prevede modificarea puterii instalate;

Timpul de întrerupere admis – până la repararea instalației avariate;

Numărul căilor de alimentare – o singură cale de alimentare;

Instalațiile electrice existente în zona de consum:

L.E.A. – 20kV situată la o distanță de 1km de consumator;

P.T.A. 20/0.4 kV, 250 kVA, aflat la 0.3km de consumator; sarcina maximă existentă pe P.T.A. : 150 VA.

Conținutul proiectului:

Condițiile meteorologice caracteristice zonei de amplasament a consumatorului;

Determinarea mărimilor electrice de calcul;

Stabilirea soluțiilor de alimentare cu energie electrică a consumatorului;

Dimensionarea căilor de curent (linii, cabluri, etc.) și alegerea transformatoarelor;

Calculul pierderilor de putere și energie electrică pentru variantele de alimentare;

Alegerea variantei de alimentare cu energie electrică pe baza criteriilor tehnico-economice;

Calculul curenților de scurtcircuit;

Alegerea aparatajului și verificare acestuia din punct de vedere termic și electrodinamic.

CUPRINS

1. Introducere.

1.1. Caracterizarea generală a amplasamentului; amplasarea geografică la scară macro.

1.2. Definirea consumatorului.

1.2.1. Prezentarea generală a consumatorului.

2. Calculul puterii instalate în centrul de afaceri.

2.1. Calculul instalațiilor interioare de iluminat.

2.1.1. Iluminat – chestiuni generale.

Exemplu de calcul pentru iluminatul interior al sălii de conferință.

2.2. Calculul iluminatului de siguranță.

Exemplu de calcul pentru iluminatul de siguranță al sălii de conferință.

2.3. Calculul generatoarelor de rezervă.

2.3.1. Calculul bateriei de acumulatoare pentru pornirea generatoarelor de rezervă.

2.3.2. Calculul bateriei de acumulatoare pentru iluminatul de siguranță.

2.4. Calculul puterii pompei termice.

2.5. Calculul instalației de ventilare (pentru bucătărie).

2.6. Calculul electropompelor.

2.7. Calculul instalației electrice pentru ascensor.

3. Alegerea variantei de alimentare cu energie electrică.

3.1. Calculul variantei 1.

3.1.1. Alegerea transformatorului din postul de transformare.

3.1.2. Alegerea secțiunii conductoarelor L.E.A. – 20kV.

3.1.3. Calculul pierderilor de putere și energie electrică.

3.1.4. Calculul căderilor de tensiune.

3.2. Calculul variantei 2.

3.2.1. Dimensionarea căilor de curent.

3.2.2. Alegerea transformatorului.

3.3. Alegerea variantei de alimentare pe baza cheltuielilor totale minime actualizate.

3.3.1. Elemente teoretice de calcul pentru C.T.A.

3.3.2. Calculul economic numeric al celor două variante de alimentare. Calculul pierderilor de putere și energie.

4. Calculul curenților de scurtcircuit.

4.1. Calculul curenților de scurtcircuit in cazul unui scurtcircuit pe bara de joasă tensiune.

4.2. Calculul curenților de scurtcircuit in cazul unui scurtcircuit pe bara de medie tensiune.

5. Alegerea aparatajului primar și verificarea acestuia din punct de vedere termic și electrodinamic.

5.1. Alegerea aparatajului primar.

5.2. Verificarea aparatajului primar.

6. Concluzii.

7. Bibliografie.

1. INTRODUCERE

1.1. Caracterizarea generală a amplasamentului; amplasarea geografică la scară macro.

Conform [1] județul Dâmbovița se încadrează în zona meteorologică I și are următoarele condiții climato-meteorologice:

presiunea dinamică la vânt maximă p0=76.5 daN/m2

presiunea dinamică la vânt cu chiciură p0=25 daN/m2

grosimea stratului de chiciură b=23 mm

umezeala relativă (ur) ia valori în funcție de anotimpuri. Valorile ur sunt date în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1. Valorile ur funcție de anotimpuri

Conform [2] temperaturile maxime și minime corespunzătoare zonei I meteorologice sunt date în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2. Temperaturile anuale extreme în România

Obervație:

Amplasamentul impus nu ridică nici un fel de probleme speciale referitoare la factorii climatici.

1.2. Definirea consumatorului.

În cadrul centrului de afaceri se pot defini următoarele categorii de receptoare elecrice:

Categoria “0” – receptoare care nu permit întreruperi în alimentarea cu energie electrică; în această categorie intră calculatoarele “on-line” din centrul de calcul și iluminatul de siguranță;

Categoria “I” – în această categorie intră iluminatul de interior;

Categoria “III” – în această categorie intră alte receptoare (din cadrul restaurantului, a bucătăriei, etc.).

1.2.1. Prezentarea generală a consumatorului.

În cadrul centrului de afaceri se gasesc mai multe categorii de receptoare electrice având caracteristici și utilități diferite.

Funcțiunile centrului de afaceri care trebuie asigurate din punct de vedere al consumului electric și al spațiului alocat sunt:

Spațiu pentru organizarea unor întâlniri de afaceri și seminarii științifice;

Restaurant;

Spațiu pentru cazarea invitaților;

Centru de calcul;

Asigurarea unor spații tehnologice pentru amplasarea pompelor de apă, generatorului de aer cald, generatorului de razervă, bateriei de acumulatoare.

Amplasarea acestor spații este prezentată în figurile 1.1. și 1.2.

Fig 1.1 Plan etaj I și II

Legendă etaj I:

restaurant;

ascensor;

cameră hotel;

coridor acces.

Legendă etaj 1:

centru de calcul;

ascensor;

birou;

coridor acces.

Fig. 1.2. Plan subsol și parter

Legendă parter:

sala conferințe;

ascensor;

hol recepție.

Legendă subsol:

bucătărie;

ascensor.

Consumatorii electrici principali din centrul de afaceri sunt prezentați în tabelul 1.3.

Concluzii:

1. Consumatorul care trebuie alimentat cu energie electrică este un centru de afaceri P+2 având următoarele caracteristici impuse prin tema de proiect:

clădirea este climatizată, funcțiune realizată de generator de aer cald, distribuția fiind realizată printr-un sistem de forțat de circulație care cuprinde conducte și ventilatoare.

consumatori electrici.

2. Receptoarele electrice ale căror alimentare trebuie asigurată sunt de categoriile:

0 – calculatoarele din centrul de calcul;

I – pentru iluminatul de interior;

III – pentru receptoarele din celelalte spații;

Tabelul 1.3. Destinația consumului din fiecare spațiu alcentrului de afaceri

2. Calculul puterii instalatenerală a consumatorului.

În cadrul centrului de afaceri se gasesc mai multe categorii de receptoare electrice având caracteristici și utilități diferite.

Funcțiunile centrului de afaceri care trebuie asigurate din punct de vedere al consumului electric și al spațiului alocat sunt:

Spațiu pentru organizarea unor întâlniri de afaceri și seminarii științifice;

Restaurant;

Spațiu pentru cazarea invitaților;

Centru de calcul;

Asigurarea unor spații tehnologice pentru amplasarea pompelor de apă, generatorului de aer cald, generatorului de razervă, bateriei de acumulatoare.

Amplasarea acestor spații este prezentată în figurile 1.1. și 1.2.

Fig 1.1 Plan etaj I și II

Legendă etaj I:

restaurant;

ascensor;

cameră hotel;

coridor acces.

Legendă etaj 1:

centru de calcul;

ascensor;

birou;

coridor acces.

Fig. 1.2. Plan subsol și parter

Legendă parter:

sala conferințe;

ascensor;

hol recepție.

Legendă subsol:

bucătărie;

ascensor.

Consumatorii electrici principali din centrul de afaceri sunt prezentați în tabelul 1.3.

Concluzii:

1. Consumatorul care trebuie alimentat cu energie electrică este un centru de afaceri P+2 având următoarele caracteristici impuse prin tema de proiect:

clădirea este climatizată, funcțiune realizată de generator de aer cald, distribuția fiind realizată printr-un sistem de forțat de circulație care cuprinde conducte și ventilatoare.

consumatori electrici.

2. Receptoarele electrice ale căror alimentare trebuie asigurată sunt de categoriile:

0 – calculatoarele din centrul de calcul;

I – pentru iluminatul de interior;

III – pentru receptoarele din celelalte spații;

Tabelul 1.3. Destinația consumului din fiecare spațiu alcentrului de afaceri

2. Calculul puterii instalate în centrul de afaceri.

În prezentul capitol se urmărește calculul următoarelor:

numărul și tipul lămpilor folosite pentru iluminatul de interior și puterea totală instalată;

numărul și tipul lămpilor folosite pentru iluminatul de siguranță și puterea totală instalată;

tipul și puterea generatorului de rezervă instalat pentru alimentarea calculatoarelor din centrul de calcul;

capacitatea bateriei de acumulatoare folosită pentru iluminaul de siguranță;

puterea pompei termice folosite pentru climatizarea centrului de afaceri;

puterea instalată și numărul ventilatoarelor instalate pentru aerisirea bucătăriei;

tipul și numărul pompelor amplasate în centrul de afaceri;

tipul și puterea motorului necesar pentru acționarea ascensorului.

2.1. Calculul instalațiilor interioare de iluminat.

2.1.1. Iluminat – chestiuni generale.

Conform [3] valorile normate ale nivelului mediu de iluminare pentru construcții sunt:

La proiectarea instalațiilor interioare de iluminat, calculul fotometric se poate face prin două metode: metoda factorului de utilizare și metoda punct cu punct. Metoda uzuală și operativă este metoda factorului de utilizare. Această metodă se aplică pentru determinarea fluxului luminos în toate cazurile de iluminat interior.

Mărimile fizice care trebuie calculate sunt: fluxul luminos total (ΦT), indicele încăperii (i), iluminarea medie (Emed).

Fluxul luminos total (ΦT) se determină cu relația:

(2.1)

în care:

ΦT = fluxul luminos total, în [lm];

Emed = iluminarea orizontală medie, în [lm];

S = aria care se luminează;

Δ = factor de depreciere;

u = factor de utilizare.

Valorile factorului de utilizare (u) sunt stabilite în funcție de indicele încăperii (i), coeficienții de reflexie ai tavanului și ai pereților, precum și de parametrii luminotehnici ai corpului de iluminat.

Indicele încăperii

(2.2)

în care:

a = latura mică a încăperii, în [m];

b = latura mare a încăperii, în [m];

h = înălțimea izvorului luminos deasupra planului util, în [m].

Pornind de la fluxul inițial al lămpii (ΦL) se obține numărul lămpilor necesare, cu relația:

(2.3)

După alegerea numărului de lămpi se recalculează fluxul total (ΦRT) cu relația:

(2.4)

Iluminarea medie (Emed) este calculată cu relația:

(2.5)

Valorile factorului de depreciere sunt date în tabelul 2.1:

Tabelul 2.1. Factorii de depreciere pentru instalațiile de iluminat

Se va prezenta calculul iluminatului general de interior pentru un singur spațiu din centrul de afaceri (sala de conferințe).

Pentru celelalte spații calculul făcându-se analog, se vor prezenta în anexa A-1 rezultatele obținute.

Lampa folosită este o lampă fluorescentă de tip LFA 65 (tenta 2) al cărei flux luminos este:

Φ = 4400 lm.

Folosind relația (2.1) și cunoscând:

Emed = 300 lx

S = 150 m2

Δ = 1.1

se calculează indicele încăperii cu relația (2.2) și se obține:

i = 3.14

Conform [3] se alege:

u = 0.33

Fluxul luminos total este:

ΦT = 150000 lm

Cu ajutorul relației (2.3) se calculează numărul lămpilor necesare:

N = 34.09 lămpi

se aleg:

N = 35 lămpi.

Se recalculează fluxul total cu relația (2.4):

ΦRT = 154000 lm

Iluminarea medie este calculată cu relația (2.5):

E`med = 308 lx

Se observă că E`med > 300 lx ceea ce inseamnă că lămpile au fost alese în mod corect. Puterea necesară pentru iluminatul sălii de conferință este calculată cu relația:

Pi = N·PL (2.6)

în care:

N = numărul de lămpi;

PL = Puterea lămpii, în W.

Se obține valoarea puterii instalate pentru iluminat într-o sală de conferințe:

Pi = 2275 W.

Pentru celelalte spații din centrul de afaceri calculele sunt prezentate în anexa A-1.

În tabelul 2.2 sunt centralizate valorile puterilor calculate pentru iluminatul general de interior.

Tabelul 2.2. Puterile calculate pentru iluminatul general de interior.

Concluzii:

Iluminatul general de interior este caracterizat de folosirea a 21 de lămpi cu puterea de 100 W, 171 lămpi cu puterea de 65 W, 15 lămpi cu puterea de 40 W, 12 lămpi cu puterea de 20 W, precum și de o putere totală instalată de 14115W.

Schema de amplasare a lămpilor este prezentată în figura 2.2.

Figura 2.2 Schema de amplasare a lămpilor la etajul I.

2.2. Calculul iluminatului de siguranță

Se va prezenta calculul iluminatului de siguranță pentru un singur spațiu din centrul de afaceri (sala de conferință).

Pentru celelalte spații calculul și rezultatele sunt prezentate în anexa A-2.

Iluminatul de siguranță în sala de conferință permite evacuarea persoanelor la defectarea instalației electrice pentru iluminatul general.

Trebuie să se asigure funcționarea continuă a tuturor lămpilor pentru evacuare timp de cel puțin o oră.

Nivelul iluminării conform [3] pentru iluminatul de siguranță este:

Emed = 0.5 lx

Se folosește metoda factorului de utilizare. Relațiile folosite au fost prezentate în paragraful 2.1.1. [relațiile (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5)].

Lampa folosită este o lampă cu incandescență cu caracteristicile:

P =15 W și ΦL = 147 lm.

Conform [8] nivelul iluminării pentru birouri, sala de conferință, restaurant este:

Emed = 1.5 lx

și pentru bucătărie:

Emed = 1 lx.

Aceste lămpi sunt amplasate astfel: deasupra ușilor în camerele de hotel și birouri, pe coridorul de acces la o distanță de 10m unul față de celălalt, iar în sala de conferință o lampă deasupra ușii de acces și celelalte sunt amplasate ca în figura 2.3.

Folosind relația (2.2) se obține:

i = 3.14

Conform [8] factorul de utilizare este:

u = 0.22

Fluxul luminos total se determină cu relația (2.1) și se obține:

ΦT = 1125 lm

Numărul de lămpi necesare se calculează cu relația (2.3) și se obțin:

N = 7.65 lămpi

Se aleg:

N = 8 lămpi

Relația (2.6) permite calculul puterii necesare pentru iluminatul de siguranță al sălii de conferință:

P = 120 W.

În tabelul 2.3 sunt date valorile calculate pentru iluminatul de siguranță.

Tabelul 2.3. Puterile calculate pentru iluminatul de siguranță.

Lămpile folosite pentru liuminatul de siguranță au fost amplasate ca în figura 2.3.

Figura 2.3. Schema de amplasare a lămpilor pentru iluminatul de siguranță (etajul 1)

Concluzii:

Pentru asigurarea iluminatului de siguranță s-au folosit un număr de 61 lămpi cu puterea de 15 W care asigură iluminatul în cazul unei avarii la sistemul de iluminat general de interior.

2.3. Calculul generatoarelor de rezervă.

Pentru asigurarea funcționării calculatoarelor în cazul defactării instalației centrale de alimentare a acestora se folosesc două generatoare de rezervă. Aceste generatoare sunt legate în paralel față de schema electrică a centrului de afaceri.

Caracteristicile acestora sunt date în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4. Caracteristicile generatoarelor de rezervă

Deoarece cosφ = 1, puterea instalată (calculată cu relația: Pi = Scosφ) va avea valoarea:

Pi = 2 x 700 = 1400W

2.3.1. Calculul bateriei de acumulatoare pentru pornirea generatoarelor de rezervă.

Pentru pornirea generatoarelor de rezervă este necesară o baterie de acumulatoare.

Conform [3] se determină următoarele mărimi:

Curentul de descărcare maxim cerut (Idmax):

în care:

Pmax = puterea maximă cerută de consumator, în [W];

Un = Tensiunea nominală a consumatorului, în [V];

Valorile pentru Pmax și Un sunt:

Pmax = 1400W Un = 230V

Se obține valoarea:

Idmax = 6.086 A.

Capacitatea acumulatorului (C):

C ≥ Idmax · td

în care:

tdmax = timpul de descărcare cerut, în [ore].

Se alege:

td = 3 ore.

Rezultă:

C = 18.26 Ah.

În tabelul 2.5. sunt date caracteristicile elementului ales.

Tabelul 2.5. Tipul și capacitatea elementului acumulator

Numărul de elemente din compunerea bateriei:

(2.9)

în care:

Un = tensiunea nominală a consumatorului, în [V];

un = tensiunea nominală a unui element, 2V.

Se obțin:

N = 115 elemente.

Conectarea bateriei la barele instalației se face prin comutator de baterie.

Numărul total de elemente (N) care asigură tensiunea de serviciu când elementele sunt descărcate:

(2.10)

în care:

US = tensiunea de servici, US = 1.05 x Un = 241.5 [V];

Udl = tensiunea de descărcare limită, Udl = 1.75 V/element.

Se obțin:

N = 137.8 ≈ 138 elemente.

Numărul de elemente de bază care asigură tensiunea în regim de încărcare permanentă:

(2.11)

în care:

Uil = tensiune limită la sfârșitul încărcării; de regulă Uil = 2.5 → 2.75 V/element

Se alege:

Uil = 2.5 V/element.

Rezultă:

Nb = 96.46 elemente.

Se aleg:

Nb = 97 elemente.

Numărul de elemente suplimentare conectate la rețea prin comutator de baterie se calculează cu relația:

NS = N · Nb

Se obțin:

NS = 41 elemente

Numărul ploturilor comutatorului de baterie este:

Np = NS + 1= 42 elemente.

2.3.2. Calculul bateriei de acumulatoare pentru iluminatul de siguranță.

Pentru iluminatul de siguranță se folosește o baterie de acumulatoare. Se folosesc aceleași relații ca și la calculul bateriei de acumulatoare pentru pornirea generatoarelor de rezervă.

Se obține curentul de descărcare maxim cerut:

Idmax = 82.5 A.

Pentru td = 3 ore se alege acumulatorul de capacitate:

C ≥ 274.5 [Ah]

În tabelul 2.6. sunt date caracteristicile elementului ales.

Tabelul 2.6. Tipul și capacitatea elementului de acumulator.

Numărul total de elemente care asigură tensiunea de serviciu cănd elementele sunt descărcate:

N = 8 elemente.

Pentru tensiunea nominală de 12 V conectarea bateriei se face fără comutator de baterie.

Fig.2. Schema de încărcare a bateriei de acumulatoare.

Legendă:

SF – siguranțe fuzibile

R – redresor

V – voltmetru

CV – comutator voltmetric

B – baterie acumulatoare.

Concluzie:

Specificul consumatorului (iluminat de siguranță) impune alegerea unei baterii de acumulatori caracterizată de mărimile: C = 270Ah și I = 90A.

2.4. Calculul puterii pompei termice.

Pentru asigurarea unei temperaturi optime de lucru (t=200C) în centrul de afaceri se folosește un generator de aer cald. Schema de distribuție a aerului condiționat este prezentată în figura 2.4.

Fig. 2. Alimentare cu energie termică

Conform [2] valorile medii ale temperaturilor zilnice din fiecare lună a anului obținute de-a lungul a 50 de ani de observații meteorologice sunt date în tabelul 2.7.

Tabelul 2.7. Valorile medii ale temperaturilor zilnice

Conform [11] consumul de căldură orar este dat de relația:

Qhinc max = x · V · (ti – text) · 10-6

în care:

V = volumul exterior al clădirii, în [m3];

ti = temperatura aerului în interior, în [0C];

text = temperatura aerului în exterior, în [0C];

x = caracteristica de încălzire a clădirii, în [kcal · m-3 · h-1 · grd-1];

Volumul exterior al clădirii este:

V = 5000m3

Conform [4] pentru V = 5000m3 rezultă următoarea valoare pentru caracteristica de încălzire a clădirii:

x = 0.47.

Se consideră:

ti = 200C

text = -100C.

Rezultă consumul de căldură orar:

Qhinc = 70500 kcal/h.

Se alege un generator de aer cald de tip LGU având următoarele caracteristici:

P = 82.7 kW Q = 75000 kcal/h

Centrul de afaceri fiind o clădire climatizată generatorul de aer cald funcționează ca o pompă termică: în sezonul rece generatorul furnizează aer cald pentru încălzirea spațiilor din centrul de afaceri, iar în sezonul cald evacuează aerul cald din centrul de afaceri menținând în interior o temperatură de 200C.

Energia electrică ce este consumată pentru încălzirea clădirii în sezonul rece este mai mare decât cea consumată pentru evacuarea aerului cald în timpul sezonului cald. Se va considera în calcul numai energia electrică ce este consumată în sezonul rece.

Concluzii:

Sistemul de încălzire folosit este alimentat electric (generator de aer cald) asigurându-se o temperatură t = 200C în toate spațiile centrului de afaceri.

2.5. Calculul instalației de ventilare (pentru bucătărie).

Este necesar să se calculeze instalația de ventilare pentru bucătărie deoarece în celelalte spații, atunci când nu funcționeză generatorul de aer cald, se asigură alimentarea cu energie electrică a unor ventilatoare amplasate în fiecare spațiu al centrului de afaceri. Instalația de ventilare este necesară în bucătărie pentru că aici funcționează instalații electrice care degajă căldură ce nu poate fi eliminată prin ventilație naturală.

Conform [5] puterea consumată de ventilator se calculează cu relația:

(2.12)

în care:

Qi = debitul ventilatorului, in [m3/h];

Hi = înălțimea de refulare a ventilatorului, în [mm];

ήv = randamentul ventilatorului.

Debitul ventilatorului a fost calculat cu relația:

V = volumul de aer ce trebuie schimbat, V = 375m3;

N = numărul de schimburi pe oră, N = 7 schimburi/oră

Se obține:

Qi = 53.5 m3/h.

Se consideră:

Hi = 3000 mm

ήv = 0.4→0.8

Se alege:

ήv = 0.8

Se obține:

Pi = 0.546 kW.

Se aleg doua ventilatoare cu o putere de 300 W fiecare.

Puterea totală instalată pentru ventilare este:

Pit = 600 W

Concluzie:

Pentru asigurarea unei temperaturi optime de lucru (t = 200C) în bucătăria restaurantului s-au ales doua ventilatoare cu P = 300 W care funcționează atât vara cât și iarna.

2.6. Calculul electropompelor

În cadrul centrului de afaceri se află un hotel și o bucătărie care au nevoie de o cantitate importantă de apă ce va fi asigurată din rețeaua de alimentare a orașului cu ajutorul unor electropompe. Conform [6] relația de calcul a puterii motorului pompei este:

(2.13)

în care:

Q = debitul pompei, în [m3];

γ = greutatea volumetrică a apei, în [kgf/m3];

H = înălțimea de pompare a apei, în [mH2O];

η = randamentul pompei;

ηi = randamentul total al pompei;

k = coeficient de siguranță.

Debitul pompei a fost calculat folosind relația de calcul de la debitul ventilatorului și considerând:

V = 1200 m3

N = 6 schimburi/oră.

Valorile care se iau în calcul sunt:

Q = 200 m3/h = 55.55 · 103 m3/s

γ = 1000 kgf/m3

H = 12 mH2O

η = 0.8

ηi = 0.9

Se calculează puterea motorului cu relația (2.13) și se obține:

P = 8.64 kW

S-au ales patru pompe standardizate de tip Hebe cu ax orizontal având o putere instalată de 2.2 kW fiecare. Caracteristicile motoarelor care echipează electropompele alese sunt date în tabelul 2.8.

Tabelul 2.8. Caracteristicile motoarelor pentru acționarea pompelor

Puterea instalată este: Ptot = 8.8 kW

Concluzii:

Pentru asigurarea consumului de apă în centrul de afaceri s-au ales patru pompe standardizate tip HEBE acționate de motoare cu P = 2.2 kW.

2.7. Calculul instalațiilor electrice pentru ascensor.

În cadrul centrului de afaceri se montează un lift care asigură deplasarea la etajele superioare.

Conform [3] coloana electrică pentru alimentarea tabloului principal al ascensorului se va lega la tabloul comun pentru iluminat și forță. Circuitul pentru iluminatul puțului ascensorului se va racorda la tabloul comun pentru iluminat și forță. Se va considera un corp iluminat de 60W la interval de circa 5 metri pe toată înălțimea puțului.

Pentru iluminatul puțului ascensorului se vor considera 3 lămpi incandescente cu puterea 60 W. Pentru acționarea ascensorului se alege un motor cu P = 1.5 kW ale cărui caracteristici sunt date în tabelul 2.9.

Tabelul 2.9. Caracteristicile motorului de ascensor.

În tabelul 2.10 sunt indicate puterile de calcul ale consumatorilor electrici și puterea totală instalată în centrul de afaceri.

Pentru determinarea soluției de alimentare trebuie calculate următoarele mărimi: puterea reactivă, puterea aparentă maximă cerută, energia activă și energia reactivă.

Este prezentat calculul general în formă literală, urmând a fi exemplificat numeric pentru cazul de față. Din datele scrise în tabelul 2.10 rezultă că puterea instalată a consumatorului este Pi = 143.1 kW. Din datele temei de proiect se cunoaște valoarea factorului de putere: cosφ = 0.85.

Puterea reactivă cerută de consumator se calculează în funcție de puterea activă cerută și tangenta unghiului de defazaj φ.

Qc = Pc · tgφ [kVAR] (2.14)

în care φ = arccos(0.85) = 31.78.

Rezultă:

tgφ = 0.62

Se obține:

Qc = 88.685 kVAR

Se calculează puterea aparentă maximă cerută:

[kVA]

(2.15)

Se obține Sc = 168.352 kVA.

Din punct de vedere al puterii cerute de consumator aceasta se încadrează, conform [5], în clasa D de receptoare cu o putere maximă Smax<2.5 MVA, având posibilitatea alimentării la tensiunile Un1 = 20 kV sau Un2 = 0.4kV.

Tabelul 2.10. Puterea totală necesară consumatorului.

Necesarul de energie electrică activă se determină în funcție de timpul de utilizare al puterii maxime Tmax conform [5], cu relația:

Wa = Pc · Tmax [kWh]

în care, conform temei de proiect:

Tmax = 3500 ore

Pc = 143.1 kW

Se obține energia activă absorbită de consumator:

Wa = 500850 kWh/an.

Energia reactivă cerută de consumator într-un an, conform [6], se determină cu relația:

Wr = Wa · tgφ [kWh]

Se obține:

Wr = 310527 kVAR·h/an

Concluzii:

În prezentul capitol s-au obținut următoarele valori:

numărul și tipul lămpilor folosite pentru iluminatul interior și puterea totală instalată: 21 de lămpi de 100W, 171 lămpi de 65 W, 15 lămpi de 40W, 12 lămpi de 20W, P = 14115W;

numărul și tipul lămpilor folosite pentru iluminatul de siguranță și puterea totală instalată: 61 lămpi de 15W, P = 990W;

tipul și puterea generatorului de rezervă înstalat pentru alimentarea calculatoarelor din centrul de calcul: tipul EF-1000, P = 1400W;

capacitatea bateriei de acumulatoare folosită pentru iluminatul de siguranță este: C = 270 Ah;

puterea pompei termice folosită pentru climatizarea centrului de afaceri este P = 82.7 kW;

puterea instalată și numărul ventilatoarelor instalate pentru aerisirea bucătăriei sunt P = 600W, două ventilatoare.;

tipul și numărul pompelor amplasate în centrul de afaceri: 4 pompe tip HEBE acționate de 4 motoare cu P = 2.2 kW fiecare;

tipul și puterea motorului necesar pentru acționarea ascensorului: motor asincron trifazat, P = 1.5 kW.

3. Alegerea variantelor de

alimentare cu energie electrică

Prin tema de proiect s-au impus două variante de alimentare cu energie electrică a centrului de afaceri. Cele două variante de alimentare sunt:

Varianta I.

Racordarea la L.E.A. medie tensiune (Un = 20 kW) cu simplu circuit. Conform [8], amplasamentul centrului de afaceri față de o astfel de linie poate fi situat până la maximum 5 km. Conform temei de proiect încărcarea liniei AB (figura 3.1) permite alimentarea noului consumator. Conform [8], modul de realizare al racordului consumatorului constă în execuția unei derivații printr-un separator de la linia A în punctul C, cel mai apropiat de amplasamentul D. Din punct de vedere al siguranței alimentării consumatorilor din punctul B se consideră că aceștia admit realizarea derivației (figura 3.1).

Fig. 3.1. Varianta I de alimentare Fig. 3.2. Varianta aII-a de alimentare.

Varianta a II-a

Alimentarea dintr-un post de transformare existent dotat cu un transformator a cărui putere este S = 250 kVA, amplasat la o distanță l = 0.3 km de consumator; sarcina maximă pe transformator este Sexist = 150 kVA (figura 3.2).

3.1 Calculul variantei I

În prezentul capitol se urmărește calculul următoarelor:

puterea nominală a transformatoarului din postul de transformare;

secțiunea conductoarelor L.E.A. – 20 kV;

pierderile de putere și energie în linie și transformator.

Alimentarea cu energie electrică a centrului de afaceri se realizează dintr-o L.E.A. – 20 kV din axul liniei (derivația având lungimea l = 0.3 km) folosind un post de transformare 20/0.4 kV.

3.1.1 Alegerea transformatorului din postul de transformare

Conform [7], puterea nominală a transformatorului din postul de transformare se determină în funcție de puterea aparentă maximă cerută de consumator. Această putere are valoarea: Sc = 168.352 kVA ≈ 168 kVA.

Numărul de transformatoare din postul de transformare, conform [7], se stabilește în funcție de nivelul de continuitate cerut de consumator. Deoarece prin tema de proiect se solicită o singură cale de alimentare în postul de transformare se găsește un singur transformator. Pe lângă acest criteriu se mai are în vedere următorul fapt: la consumatorii industriali și similari la care valoarea daunelor provocate de întreruperea alimentării sunt mici nu se justifică din punct de vedere economic, folosirea unui al doilea transformator.

Pentru alegerea puterii nominale a transformatorului conform [5], este necesar să se cunoască:

sarcina maximă de durată care urmează a fi vehiculată și durata maximă de vehiculare a acesteia.

evoluția viitoare a sarcinii maxime, care se ia în considerare pe 5 sau 10 ani ca o rată medie anuală de creștere sau ca o creștere în cadrul perioadei de calcul.

Conform [7], alegerea puterii nominale a transformatorului cuprinde două etape:

Stabilirea puterii nominale tehnice (SnT).

Se alege din catalogul de fabricație un transformator având o putere nominală care permite alimentarea consumatorului în perioada luată în calcul (5 ani).

Condiția care trebuie îndeplinită este:

SnT ≥ Smax (3.1)

Puterea nominală tehnică a transformatroului ales este:

SnT = 250 kVA

Caracteristicile de bază ale transformatorului ales, având puterea nominală S = 250 kVA, sunt date în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Caracteristicile transformatorului

Dimensiunile de gabarit ale transformatorului sunt date în tabelul 3.2.

Tabelul 3.2. Dimensiunile de gabarit ale transformatorului.

Funcționarea optimă a transformatorului din punct de vedere al pierderilor de putere optime conform [4] are loc atunci când este îndeplinită condiția:

[kW] (3.2)

în care:

ΔPFe = pierderile de putere în fierul transformatorului, în [kW];

RT = rezistența ohmică a transformatorului, în [Ω];

I = curentul prin transformator, în [A].

Curentul pentru care se obține funcționarea optimă a transformatorului din punct de vedere al pierderilor se calculează cu relația:

[A] (3.3)

Conform [7] rezistența transformatorului se determină cu relația:

[Ω] (3.4)

în care:

Un = tensiunea nominală a transformatorului pe partea de tensiune medie, în [kV];

SnT = puterea nominală a transformatorului, în [kVA];

ΔPSC = pierderile de putere la scurtcircuit, în [W].

Folosind datele din tabelul 3.1 se obține:

RT = 28.16 Ω

Se poate calcula acum valoarea curentului și se obține:

I = 4.9 A.

Prin tema de proiect s-a impus: Tmax = 3500 ore.

Stabilirea puterii nominale economice (Sn.ec.).

Conform [9], din punct de vedere economic se alege un transformator a cărui putere se calculează cu relația:

Sn.ec. = (1.4→1.66)Smax [kVA] (3.5)

Se alege un ceficient k = 1.4. Folosind relația anterioară se obține:

Sn.ec. = 235.692 kVA ≈ 236 kVA

Se alege un transformator cu:

Sn.ec. = 250 kVA.

Pentru o alegere corectă a transformatorului, conform [7], se ține cont de relația:

Snt = max (SnT; Sn.ec.) [kVA] (3.6)

Conform criteriilor economic și tehnic puterea transformatoarului ales este:

Snt = 250 kVA.

Pentru determinarea celei mai bune soluții de alimentare se face un calcul care cuprinde alegerea secțiunii conductoarelor și calculul pierderilor de putere.

3.1.2 Alegerea secțiunii conductoarelor L.E.A. 20kV.

Calculul tehnic al rețelelor electrice se face în scopul dimensionării acestora astfel încât secțiunea conductoarelor să permită alimentarea cu energie electrică a consumatorilor la parametrii normali și cu pierderi minime de energie electrică.

Conform [7], pentru stabilirea conductoarelor unei linii electrice trebuie să se cunoască:

sarcina maximă care urmează a fi vehiculată prin rețea (Pmax);

durata de utilizare a puterii maxime (Tmax);

eventuala dezvoltare a consumatorilor în următorii 5 ani.

De asemenea, trebuie să se țină seama de urmăoarele restricții tehnice:

încălzirea în regim de durată a conductoarelor ca urmare a efectului Joule;

stabilitatea tehnică și dinamică a conductoarelor în regim de scurtcircuit;

calculul și încadrarea pierderilor de tensiune în limitele impuse;

rezistența mecanică a conductoarelor.

La alegerea conductoarelor se ține cont că în următorii 5 ani nu se prevede modificarea puterii absorbite de consumator.

Conform [5], curentul maxim absorbit de consumator este dat de relația:

(3.7)

în care:

Smax = 168.352 kVA;

Un = 20 kV.

Se obține:

Imax = 4.859 A.

Conform [7], secțiunea minimă a conductoarelor unei L.E.A. 20kV este s=35/6 mm2 în cazul conductoarelor din aluminiu-oțel. Pentru această secțiune se verifică dacă pierderile în lungul liniei se încadrează în valoarea admisibilă a căderilor de tensiune (abaterea maximă admisibilă de tensiune este: Δuadm = ±5%).

Parametrii electrici ai conductoarelor de aluminiu-oțel cu secțiunea s = 35/6mm2 conform [6] sunt dați în tabelul 3.3.

Tabelul 3.3. Parametrii electrici ai conductoarelor.

Cunoscând lungimea liniei L = 1km se determină rezistența și reactanța liniei cu relațiile:

RL = r0 · L [Ω] (3.8)

XL = x0 · L [Ω] (3.9)

Se obțin valorile:

RL = 0.83 Ω

XL = 0.385 Ω

Conform [8], reactanța și rezistența transformatorului se determină cu relațiile:

[Ω] (3.10)

[Ω] (3.11)

în care:

usc = 6%

Un = 20 kV

ΔPsc = 4.4 kW

SnT = 250 kVA

Se obțin valorile:

XT = 96 Ω

RT = 28.16 Ω

Pierderile de putere în transformator se calculează cu relațiile:

pierderile de putere activă

[kW] (3.12)

pierderile de putere reactivă

[kW] (3.13)

în care ΔQμ reprezintă pierderile de magnetizare și se determină astfel:

[kVAR] (3.14)

în care:

i0 = 2.9%

SnT = 250 kVA

Se obține:

ΔQμ = 7.25 kVAR.

Se pot calcula acum pierderile de putere activă și reactivă:

ΔPT = 2.67 kW

ΔQT = 1.40 kVAR

Puterea activă la ieșirea din linie este:

PB = PC + ΔPT [kW] (3.15)

PB = 145.77 kW ≈ 146 kW.

Puterea reactivă la ieșirea din linie este:

QB = QC + ΔQT [kVAR] (3.16)

QB = 102.73 kVAR ≈ 103 kVAR.

3.1.3 Calculul pierderilor de putere și energie electrică.

Calculul pierderilor de putere în cazul variantei 1 se face după consumator spre punctul de racord.

Schema de calcul a pierderilor în cazul variantei 1 de alimentare cu energie electrică a centrului de afaceri este dată în figura 3.3.

Fig. 3.3. Schema de calcul pentru pierderi varianta I.

Pentru determinarea pierderilor de putere în linie este necesar să se cunoască reactanța și rezistența specifică a conductoarelor liniei, adică determinarea secțiunii conductoarelor.

Conform [5] pierderile de putere în linie (în impedanța liniei) se determină cu relația:

[kVA] (3.17)

în care:

ΔPL = pierderile de putere activă în linie;

ΔQL = pierderile de putere reactivă în linie.

Relațiile de calcul sunt:

[kW] (3.18)

[kVA] (3.19)

Se obțin valorile:

ΔPL = 0.065 kW

ΔQL = 0.030 kVAR

Pierderea de putere aparentă în impedanța liniei este:

kVA

Puterea absorbită din sistem este:

[kVA] (3.20)

kVA.

Pierderile totale de putere în linie și în transformator sunt calculate cu relația:

[kVA]

kVA

3.1.4 Calculul căderilor de tensiune.

S-a impus prin tema de proiect UA = 20kV. Căderea de tensiune în linie se calculează conform [1] cu relația:

[V] (3.21)

Se obtine:

ΔUAB = 8.027 V

Tensiunea la ieșirea din linie în punctul B este dată de relația:

UB = UA – ΔUAB [kV] (3.22)

Se obține:

UB = 19.992 kV.

Căderea de tensiune în transformator se calculează cu relația:

[kV] (3.23)

Se obține:

ΔUBC ≈ 627 V.

Tensiunea în punctul C raportată la înfășurarea primară a transformatorului este:

UC = UB – ΔUBC [kV] (3.24)

Se obține:

UC = 19.349 kV.

Pierderile de tensiune procentuale în linie se calculează cu relația:

[%] (3.25)

Se obține:

ΔuAB% = 1.2%.

Aceste pierderi sunt mai mici decât cele admisibile (Δuadm = 5%).

Concluzii:

În prezentul capitol s-au calculat următoarele:

puterea nominală a transformatorului din postul de transformare: Sn = 250 kVA;

secțiunea conductoarelor L.E.A.-20kV: s = 35/6 mm2;

pierderile de putere și energie în linie și transformator: ΔP = 2.73 kW, ΔQ = 14.02 kVA;

căderile de tensiune în linie și transformator Δu% = 1.2%.

3.2. Calculul variantei a II-a.

În prezentul subcapitol se urmărește calculul următoarelor:

puterea nominală a transformatorului din postul de transformare;

secțiunea cablurilor;

pierderile de putere și energie;

căderile de tensiune în linie și transformator.

În cazul acestei variante s-a impus alimentarea centrului de afaceri dintr-un post de transformare existent aflat la o distanță de l = 0.3 km de acesta. Soluția de alimentare cu energie electrică în acest caz este printr-o L.E.C. o.4 kV de la postul de transformare.

Se vor dimensiona căile de curent și se va verifica dacă transformatorul din postul de transformare poate asigura și alimentarea centrului de afaceri sau se va face o înlocuire a transformatorului existent cu un alt transformator de putere mai mare.

Etapele de calcul sunt: dimensionarea căilor de curent și alegerea transformatorului.

3.2.1 Dimensionarea căilor de curent

Pentru alegerea secțiunii conductoarelor se determină curentul maxim absorbit de consumator cu relația:

[A] (3.26)

în care:

Smax = 168 kVA

Un = 0.4 kV

Se obține:

Imax = 243 A

Din punct de vedere tehnic se alege o secțiune:

snt = 120 mm2 cu Iadm = 255 A.

Din punct de vedere economic secțiunea conductoarelor se determină cu relația:

[mm2] (3.27)

în care:

Imax = 243 A

jec = densitatea economică de curent, în A/mm2.

Conform [7]:

jec = 0.7 A/mm2.

Se obține:

sec = 347 mm2.

Datorită faptului că se obține o secțiune mare a cablului se aleg două cabluri având secțiunea:

snec = 2×120 mm2.

Tipul cablului este ACYAbY (două cabluri pe circuite diferite) cu parametrii lineici:

r0 = 0.248 Ω/km;

x0 = 0.0602 Ω/km.

Corecția curentului admisibil se face cu relația:

I’adm = k1 · k2 · k3 · Iadm [A]

în care:

k1 = coeficient care ține seama de rezistența termică specifică solului, k1=1

k2 = coeficient care ține seama de numărul cablurilor pozate pe același traseu, k2 = 0.85.

k3 = coeficient care ține seama de temperatura solului, k3 = 1.

Se obține:

Iadm = 207 A

Curentul total admisibil se calculează cu relația:

Itot.adm = 2· I’adm [A] (3.29)

Se obține:

Itot.adm = 414 A.

Curentul maxim admisibil:

Imax = 510 A

Ținând cont de cele două valori obținute se observă că se verifică relația:

Itot.adm < Imax [A] (3.30)

Rezistența și reactanța liniei se calculează cu relațiile:

RL.E.C. = r0 · l [Ω] (3.31)

XL.E.C. = x0 · L [Ω] (3.32)

Cunoscând l = 0.3km se obțin următoarele valori:

RL.E.C. = 0.0744 Ω

XL.E.C. = 0.01806 Ω

Conform [4], căderile de tensiune sunt date de relația:

[V] (3.33)

în care:

P = 143.1 kW;

Q = 88.685 kVA;

Un = 0.4 kV.

Se obține:

ΔU = 30.62 V.

Căderea de tensiune procentuală se calculează cu relația (3.25) și se obține:

Δu% = 7.75% care este mai mic decât Δuadm% = 10%.

3.2.2 Alegerea transformatorului.

În postul de transformare este amplasat un transformator care permite vehicularea unei puteri notată cu Sexist = 150 kVA. Puterea totală vehiculată prin transformatorul la care se va alimenta centrul de afaceri se calculează tinându-se cont și de această putere existentă. Relația de calcul este:

Stot = Sexist + Smax [kVA] (3.34)

în care:

Smax = 168 kVA

Se obține:

Stot = 318 kVA

Se consideră un coeficient de simultaneitate:

kS = 0.9

Se obține puterea vehiculată pe transformator:

S’tot = 271 kVA.

Din punct de vedere tehnic se alege un transformator având puterea:

Snt = 250 kVA.

Din punct de vedere economic corespunzător unui Tmax = 3500 ore/an un coeficient k ale cărui valori sunt cuprise între 1.44 și 1.66.

Se consideră k = 1.45.

Relația de calcul este:

Sec = 1.45 · S’tot [kVA] (3.35)

Se obține:

Sec = 392 kVA.

Se alege un transformator având:

Sn.ec = 400 kVA.

Transformatorul ales are puterea nominală calculată cu relația:

Sadoptat = max(SnT ; Sn.ec)

Rezultă că transformatorul ales are o putere nominală:

S = 400 kVA.

Caracteristicile transformatorului ales sunt date în tabelul 3.4.

Tabelul3.4. Caracteristicile transformatorului

Se calculează gradul de utilizare al transformatorului cu relația:

[%]

Se obține:

G.U.T. = 67.6 %.

Concluzii:

În prezentul capitol s-au calculat următoarele:

puterea nominală a transformatorului din postul de transformare: Sn = 400kVA;

secțiunea cablurilor: s = 35/6 mm2;

pierderile de putere și energie în linie și transformator: ΔP = 2.73 kW, ΔQ=7.4 kVA;

căderile de tensiune în linie și transformator: Δu% = 7.75 %.

3.3. Alegerea variantei de alimentare pe baza cheltuielilor totale minime actualizate.

În acest subcapitol se urmărește calculul următoatelor:

pierderile de putere și energie în cele două variante;

învestițiile directe;

investițiile de echivalare;

cheltuielile datorate pierderilor de energie;

cheltuielile pentru exploatare-întreținere;

totalul cheltuielilor totale minime actualizate.

După ce au fost stabilite soluțiile tehnice de alimentare cu energie electrică a consumatorului se alege varianta optimă în baza unui calcul economic ce se aplică fiecărei variante. Se va alege varianta optimă după criteriul economic al cheltuielilor totale minime actualizate. Deoarece criteriul economic al cheltuielilor totale minime actualizate operează cu valori bănești, iar acestea se modifică în timp, compararea cheltuielilor trebuie făcută la aceeași dată.

Relația de calcul este:

[mil. lei] (3.38)

în care:

Ii = învestiții totale, în milioane lei.

a = factor de actualizare, în %.

Conform [7], factorul de actualizare reprezintă o parte anuală corespunzătoare duratei normate de recuperare a investiției. Pentru o unitate (leu) investită rata de actualizare este:

a = 8%.

3.3.1 Elementele teoretice de calcul pentru C.T.A.

Conform [5], elementele de calcul pentru C.T.A. sunt:

Investițiile directe (Id): reprezintă valoarea totală a fondurilor destinate realizării obiectivelor necesare alimentării cu energie electrică a consumatorului;

Investițiile de echivalare (Iech): relația de calcul este:

Iech = ΔP · krγ [mil. lei] (3.39)

în care:

ΔP = pierderile de putere pentru fiecare variantă de alimentare cu energie electrică a consumatorului, în [kW];

kr = coeficient de rezervă a puterii necesare a fi menținută în sistemul de alimentare (costul unitar al puterii instalate în centrala etalon pe combustibil marginal).

kr = 1.2 și γ = 5 mil lei.

Investițiile totale (Ii): reprezintă suma investițiilor directe și a celor de echivalare:

Ii = Id + Iech [mil. lei] (3.40)

Cheltuieli de exploatare și întreținere (Cei): apar după punerea în funcțiune a instalațiilor electrice și sunt necesare pentru funcționarea acestora. Aceste cheltuieli se compun din:

cheltuieli de exploatare-întreținere propriu-zise care se determină pe baza cheltuielilor ce se realizează pentru procurarea materialelor, pentru efectuarea reviziilor și pentru plata salariilor. Conform [7], acestea se dau în procente și se calculează astfel:

pentru LEA 20kV: Cei = 5.5%Id

pentru LEC 0.4 kV: Cei = 3%Id

pentru transformator: Cei = 6%Id

cheltuieli datorate pierderilor de putere și energie electrică:

pentru LEA 20kV relația de calcul este:

C’p = ΔP · τ · β [mil. lei] (3.41)

în care:

ΔP = pierderile de putere în linie, în kW;

τ = timpul pierderilor de putere maximă, în ore/an;

β = costul mediu al energiei electrice în funcție de tensiunea liniei, în [lei/kWh];

pentru transformator, relația de calcul este:

(3.42)

în care:

T = timpul de funcționare al unui transformator într-un an, în ore/an;

Smax = puterea maximă, în kVA;

SnT = puterea transformatorului, în kVA.

Cheltuielile totale de exploatare-întreținere (Cexp) se calculează cu relația:

Cexp = Cei + C’p + C”p [mil. lei] (3.43)

3.3.2 Calculul economic al celor două variante de alimentare.

Investițiile directe pe tip de instalație se determină în funcție de costurile echipamentelor ce intră în componența variantelor de alimentare a consumatorului.

Conform [7], costurile sunt:

pentru LEA 20kV: C = 150 mil.lei/km;

pentru LEC 0.4 kV: C = 308 mil.lei/km;

pentru transformator (S = 250 kVA): C = 100 mil.lei;

pentru amplificare transformator de la 250kVA la 400kVA: C = 130 mil.lei/km;

Calculul pierderilor de putere și energie.

Pentru a putea calcula investițiile de echivalare trebuie cunoscute pierderile de putere în cele două variante.

Varianta I.

Pierderile de putere în LEA 20kV se calculează cu relația:

[kW] (3.44)

Pierderile de energie se calculează cu relația:

ΔWLEA = ΔPL · τ [kWh] (3.45)

în care τ se determină din graficul (Tmax, cosφ) și se obține τ = 2300 ore.

Pierderile de putere și energie în transformator se calculează cu relațiile:

[kW] (3.46)

[kWh] (3.46)

în care:

ΔP0 = 0.68 kW;

ΔPSC = 4.4 kW.

Varianta a II-a

Schema de calcul este prezentată în figura 3.4.

Fig. 3.4. Schema de calcul pentru pierderi varianta a II-a.

Relația de calcul pentru pierderile de putere în LEC 0.4kV considerând că ambele cabluri funcționează este:

ΔPL = 2 · 3 · RL · I2sarc [kW] (3.46)

în care:

Pentru calculul pierderilor de putere și energie în transformator se folosesc relațiile (3.46) și (3.47) ținându-se cont că trebuie calculate pierderile înainte și după amplificare.

Se obțin următoarele valori pentru pierderi (tabel A-4.1), dar pentru o mai sugestivă prezentare pierderile de putere și energie se dau sub formă grafică.

Investițiile de echivalare se calculează cu relația (3.39), razultatele obținute sunt date în tabelul 3.5 care conține investițiile totale făcute în cele două variante.

Tabelul 3.5. Total investiții pentru cele două variante.

Cheltuielile de exploatare-întreținere se calculează cu relațiile:

pentru LEA 20kV: C = 5.5%I

pentru LEC 0.4 kV: C = 3%I

pentru transformator: C = 6%I

Valorile obținute sunt date în tabelul 3.7.

Cheltuielile datorate pierderilor de energie sunt date în tabelul 3.6 care conține totalul cheltuielilor în cele două variante:

Tabelul 3.6. Total cheltuieli pentru cele doua variante.

Cunoscând valorile investițiilor totale și a cheltuielilor totale în cele două variante se poate face calculul CTA-ului.

Rezultatele obținute sunt date în tabelele 3.7 și 3.8.

Tabelul 3.7. Valori CTA pentru varianta I

Tabelul 3.8. Valori CTA pentru varianta II

Figura 3.5. Total CTA pentru cele două variante

Pentru o mai sugestivă prezentare a rezultatelor obținute acestea au fost prezentate în formă grafică (figura 3.5).

Din graficul prezentat se observă că totalul CTA în prima variantă are o valoare mai mică decât în cazul celei de-a doua.

Varianta adoptată pentru alimentarea centrului de afaceri va fi varianta I.

Concluzii:

În acest capitol s-au calculat următoarele:

Pierderile de putere și energia în cele două variante:

varianta I: ΔP = 2.73 kW, ΔW = 10.68 kWh;

varianta II: ΔP = 7.4 kW, ΔW = 16.24 kWh;

Investițiile directe:

varianta I: Id = 250 mil. lei

varianta II: Id = 314 mil. lei

Investițiile de echivalare:

varianta I: Iech = 16.39 mil. lei

varianta II: Iech = 44.43 mil. lei

Cheltuielile datorate pierderilor de energie:

varianta I: C = 5.13 mil. lei

varianta II: C = 9.45 mil. lei

Cheltuielile pentru exploatare-întreținere:

varianta I: C = 14.25 mil. lei

varianta II: C = 13.34 mil. lei

Totalul cheltuielilor totale minim actualizate:

varianta I: CTA = 357 mil. lei

varianta II: CTA = 462 mil. lei.

4. CALCULUL CURENȚILOR DE

SCURTCIRCUIT.

În acest capitol se urmărește calculul următoarelor:

valoarea curentului de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit pe barele de medie și joasă tensiune;

valoarea instantanee și efectivă a curentului de șoc în cazul unui scurtcircuit pe bara de medie și joasă tensiune.

Pentru dimensionarea instalațiilor energetice noi este necesar să se efectueze calculul curenților de scurtcircuit. Este necesar să se cunoască valoarea curentului de scurtcircuit pentru alegerea și verificarea aparatajului și a căilor de curent din punct de vedere termic și electrodinamic.

Calculul curenților de scurtcircuit se realizează printr-o metodă simplificată de care este utilizată, conform [8], la dimensionarea instalațiilor și la calculul de reglaj al protecțiilor.

Metoda simplificată de calcul presupune unele aproximații:

se consideră aceeași tensiune în toate nodurile rețelei;

se neglijează sarcinile din noduri;

se neglijează impedanțele bobinelor aparatelor de comutație și măsură;

se neglijează rezistențele de contact de pe parcursul circuitului de la sursă până la locul de scurtcircuit.

Pentru calculul curenților de scurtcircuit este necesar să se întocmească schema de calcul care cuprinde toate elementele rețelei reprezentate prin rezistențele și reactanțele lor. Schema echivalentă pentru calculul curenților de scurtcircuit se întocmește pentru o singură fază, atât pentru calculul scurtcircuitului simetric cât și pentru cel nesimetric.

Este indicat ca efectuarea calculelor de scurtcircuit pentru rețelele de joasă tensiune să ia în considerare elementele prin impedanțele lor în valori absolute, în ohmi. Este necesar ca toate aceste elemente să fie raportate la aceeași tensiune, de obicei tensiunea locului în care are loc scurtcircuitul.

În continuare se va prezenta calculul curenților de scurtcircuit pe bara de joasă tensiune a postuilui de transformare, luând în considerare și motoarele asincrone aflate în centrul de afaceri, precum și un scurtcircuit pe bara de medie tensiune pentru alegerea aparatajului electric pe partea de medie tensiune.

4.1 calculul curenților în cazul unui scurtcircuit pe bara de joasă tensiune.

Relațiile de calcul pentru rezistențele și reactanțele elementelor componente ale schemei sunt:

pentru sistem:

[Ω] (4.1)

[Ω] (4.2)

pentru LEA 20kV:

X = x0 · l [Ω] (4.3)

R = r0 · l [Ω] (4.4)

pentru transformator:

[Ω] (4.5)

[Ω] (4.6)

[Ω] (4.7)

pentru motorul asincron:

[Ω] (4.8)

Aportul la scurtcircuit al motoarelor asincrone se ia în considerare numai la bara de joasă tensiune la care sunt racordate și numai dacă:

(4.9)

Cunoscând parametrii:

UN = 0.4kV S”K = 100 MVA

c = 1.05 ΔPK = 4.4 kW

uK = 6% SNT = 250 kVA.

Se obțin următoarele valori:

XS = 0.0016Ω RS = 0.0001Ω

RLEA = 0.83 Ω XLEA = 0.385Ω

RT = 0.011Ω ZT = 0.038Ω

Dacă se consideră un scurtcircuit pe barele de joasă tensiune ale transformatorului schema de calcul este prezentată în figura 4.1.

Fig. 4.1. Schema de calcul pentru scurtcircuit pe bara de joasă tensiune.

Reactanța totală a circuitului până în punctul K este:

X = XS + XLEA +XT [Ω] (4.10)

Se obține:

X = 0.422 Ω.

Rezistența totală este calculată cu relația:

R = RS + RLEA +RT [Ω] (4.11)

Se obține:

R = 0.841 Ω.

Impedanța totală este calculată cu relația:

[Ω] (4.12)

Se obține:

Z = 0.94 Ω.

Valoarea curentului de scurtcircuit se calculează cu relația:

[A] (4.13)

Se obține valoarea:

I’K = 257.96 A.

Curenții nominali ai motoarelor se determină cu relația:

[A] (4.14)

Se obține:

.

Pentru calculul curenților nominali s-au folosit datele de la capitolul 2 în care sunt prezentate caracteristicile motoarelor alese.

Deoarece relația (4.9) este vaerificată se ia în calcul și aportul motoarelor.

Curenții parțiali de scurtcircuit se calculează cu relația:

[A] (4.15)

în care XM se calculează cu relația (4.8) ținându-se cont de caracteristicile motoarelor care au fost prezentate în capitolul 2 la calculul puterii necesare funcționării centrului de afaceri.

Se obține:

XM = 1.615 Ω.

Valoarea curenților parțiali de scurtcircuit la motor este:

I”KM = 142.99 A.

Curentul de scurtcircuit în punctul K incluzând influența motorului se calculează cu relația:

[A] (4.16)

Se obține:

I’K3 = 400.95 A.

Pentru a putea alege aparatajul de joasă tensiune trebuie calculate valorile instantanee și efective ale curentului de șoc cu relațiile:

iSOC = 2.55 · I’K3 [A] (4.17)

ISOC = 1.51 · I’K3 [A] (4.18)

Înlocuind în cele două relații se obțin valorile:

iSOC = 389.11 A;

ISOC = 657.1 A.

4.2. Calculul curenților de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit pe bara de medie tensiune.

În cazul unui scurtcircuit pe bara de medie tensiune a transformatorului schema este dată în figura 4.2.

Fig. 4.2. Schema de calcul pentru scurtcircuit pe bara de medie tensiune.

Relațiile de calcul pentru reactanțe sunt:

[Ω] (4.19)

[Ω] (4.20)

Curentul de scurtcircuit se calculează cu relația (4.13).

Se obțin următoarele valori:

XKS = 4 Ω

XLEA = 0.385 Ω.

Înlocuind în relația (4.13) valorile de mai sus se obține valoarea curentului de scurtcircuit:

I’K3 = 2.62 kA.

Se pot calcula și valorile instantanee și efectivă ale curentului de șoc, obținându-se:

iSOC = 6.68 A;

ISOC = 3.95 A.

În acest capitol s-au calculat următoarele:

valoarea curentului de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit pe barele de medie și joasă tensiune

pe bara de joasă tensiune: I = 143 A;

pe bara de medie tensiune: I = 2.62 A.

valoarea instantanee și efectivă a curentului de șoc în cazul unui scurtcircuit pe barele de medie și joasă tensiune

pe bara de joasă tensiune: iSOC = 389.11 A, ISOC = 657.1 A;

pe bara de medie tensiune: iSOC = 6.68 A, ISOC = 3.95 A.

5. ALEGEREA APARATAJULUI PRIMAR ȘI VERIFICAREA ACESTUIA DIN PUNCT DE VEDERE TERMIC ȘI ELECTRODINAMIC.

În acest capitol se urmărește calculul următoarelor:

tipul siguranțelor fuzibile alese pe partea de medie tensiune;

tipul separatorului ales pe partea de medie tensiune;

tipul siguranțelor fuzibile alese pe partea de joasă tensiune;

tipul transformatorului de curent ales pe partea de josă tensiune;

verificarea aparatajului ales.

Condițiile generale de care se ține seama la alegerea aparatelor și echipamentelor electrice sunt:

tipul instalațiilor în care urmează să se monteze echipamentul (de interior sau exterior);

caracteristicile mediului ambiant și condițiile de altitudine;

trebuie să respecte, în ceea ce privește tensiunea, relația:

Unap ≥ Un instal [kV] (5.1)

În cazul în care sunt și căi de curent:

Inap ≥ Imax.calc. [A] (5.2)

Protecția liniilor și circuitelor de joasă tensiune se realizează cu siguranțe fuzibile. Siguranțele fuzibile realizează protecția în regim de scurtcircuit.

5.1. Alegerea aparatajului primar.

Protecția transformatorului pe partea de medie tensiune și pe partea de joasă tensiune se realizează prin siguranțe fuzibile. Pentru alegerea acestora se calculează curenții nominali în înfășurarea primară și în înfășurarea secundară a transformatorului cu relațiile:

[A] (5.3)

[A] (5.4)

Se obțin valorile:

I1n = 7.26 A I2n = 360.84 A.

Pe partea de medie tensiune curentul nominal al fuzibilului se alege astfel încât:

Infl = (1.3→2)I1n [A] (5.5)

Se obține:

Infl = 14.43 A.

Se alege o siguranță fuzibilă tip SFE 20, ale cărei caracteristici sunt date în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1. Caracteristicile SFE 20kV.

Pentru o protecție eficientă pe barele de medie tensiune se alege și un separator de tipul STE ale cărui caracteristici sunt date în tabelul 5.2.

Tabelul 5.2. Caracteristicile separatorului.

Pe partea de joasă tensiune se alege o siguranță fuzibilă tip MPR ale cărei caracteristici sunt date în tabelul 5.3.

Tabelul 5.3. Caracteristicile siguranței fuzibile tip MPR

Se alege un transformator de măsură, un transformator de tip CIRS 0.5 kV, ale cărui caracteristici sunt date în tabelul 5.4.

Tabelul 5.4. Caracteristicile transformatorului CIRS 0.5kV.

În continuare se va prezenta verificarea aparatajului montat în postul de transformare.

5.2. Verificarea aparatajului primar.

Aparatele electrice montate în postul de transformare se verifică din punct de vedere termic și electrodinamic.

Siguranțele fuzibile trebuie să îndeplinească condițiile:

IȘOC < Ief [A] (5.6)

SSC < Srup [kVA] (5.7)

Curentul de șoc a fost calculat în capitolul 4, și s+au obținut valorile:

pe bara de joasă tensiune: ISOC = 389.11 A;

pe bara de medie tensiune: ISOC = 3.95 kA.

Se obțin următoarele valori:

pe bara de joasă tensiune: SSC = 133.62 MVA;

pe bara de medie tensiune: SSC = 396.88 kVA.

Utilizând datele din tabelele 5.1 și 5.3 se observă că se verifică relațiile (5.6) și (5.7). Din punct de vedere al stabilității termice separatorul trebuie să respecte condiția:

Ilim.t ≥ Isc.m [kA] (5.9)

în care:

Ilim.t = curentul limită termic (din tabelul 5.2);

[kA] (5.10)

în care:

m = coeficient ce ține seama de aportul componentei aperiodice a curentului de scurtcircuit;

n = coeficient ce ține seama de variația în timp a componentei periodice.

Cei doi coeficienți se obțin din grafice și au valorile: m=0.2 și n=0.9.

tsc = 1 secundă.

Înlocuind în relația (5.10) se obține:

Isc.m = 2.74 kA.

Se observă că valoarea obținută verifică relația (5.9).

Din punct de vedere electrodinamic separatorul trebuie să respecte condiția:

Ilim.d ≥ isoc [kA] (5.11)

Utilizând valorile din tabelul 5.2 și cunoscând isoc = 6.68 kA se observă că se verifică relația (5.11).

Transformatorul de curent se verifică din punct de vedere al stabilității termice cu relația:

(5.12)

în care:

t = timpul pentru care se garantează funcționarea transformatorului de curent la Ilim.t;

tf = timpul fictiv care se calculează cu relația:

tf = tfp + tfa [s] (5.13)

tfp și tfa se determină grafic, obținându-se pentru timpul fictiv valoarea:

tf = 1.05 secunde.

Știind că t = 1.1 secunde și înlocuind în relația (5.12) se obține:

629.28 > 244.85 [A].

Din punct de vedere electrodinamic, transformatorul de curent trebuie să respecte condiția:

(5.14)

Cunoscând valorile: ișoc = 657.1 A și Ilim.d = 600 A se observă că relația (5.14) este verificată.

Concluzii:

S-au ales următoarele aparate:

pe partea de medie tensiune: separator tip STE 20kV și siguranță fuzibilă de tip SFE 20kV;

pe partea de joasă tensiune: siguranțe fuzibile tip MPR și transformator de măsură de tipul CIRS 0.5kV.

S-a făcut verificarea aparatelor electrice la solicitarea curenților de scurtcircuit din punct de vedere al stabilității termice și din punct de vedere electrodinamic constatându-se că aparatele alese satisfac condițiile impuse de norme.

6. CONCLUZII.

Prin tema de proiect s-a impus alimentarea cu energie electrică a unui centru de afaceri amplasat în municipiul Târgoviște;

S-a calculat puterea absorbită de consumator, putere necesară pentru asigurarea funcționării centrului de afaceri la toate funcțiunile pentru care a fost proiectat.

S-a calculat puterea necesară pentru funcționarea instalației de iluminat interior;

S-a calculat puterea necesară pentru alimentarea cu energie electrică a unui generator de aer cald care să asigure o temperatură de 200C în spațiile centrului de afaceri;

S-a calculat puterea necesară pentru alimentarea cu energie electrică a electropompelor ce alimentează cu apă centrul de afaceri;

Pentru alimentarea centrului de calcul în cazul unei avarii la instalația de alimentare cu energie electrică s-au amplasat două generatoare de rezervă pentru pornirea cărora s-a dimensionat o baterie de acumulator;

În cazul defectării instalației de alimetare cu energie electrică a instalației de iluminat interior s-a dimensionat o baterie de acumulatoare care asigură iluminatul de siguranță;

Din cele două variante de alimentare s-a ales una singură, după criteriul economic al cheltuielilor minime actualizate, ținându-se cont și de pierderile de putere și energie în cele două variante;

S-a ales următoarea variantă de alimentare: alimentarea dintr-o LEA 20kV aflată la o distanță de 1km față de consumator;

S-au calculat valorile curenților de scurtcircuit în cazul unor scurtcircuite pe barele de medie și joasă tensiune ale postului de transformare pentru alegerea aparatajului primar;

S-au ales următoarele aparataje: siguranțe fuzibile tip SFE 20kV (15A) și MPR (300A), separator tip STE 20kV și transformator de curent tip CIRS 0.5kV;

Pentru protecția transformatorului tip TTU-NL (250 kVA) s-a montat în postul de transformare un descărcător;

S-a făcut verificarea aparatajului electric din punct de vedere al stabilității termice și din punct de vedere electrodinamic.

7. BIBLIOGRAFIE.

Al. Curelaru “Probleme de stații și rețele electrice” Craiova, Ed. Scrisul Românesc.

*** “Atlas climatologic al RSR” București, 1966.

T. Costăchescu, “Instalații electrice pentru construcții” Craiova, Ed.

A. Predescu Scrisul Românesc.

C. Dinulescu, “Centrale termoelectrice-probleme de proiectare și

C. Moțoiu exploatare” București, Ed. Tehnică, 1970.

SIEMENS “Memoratorul inginerului electrician” București, Ed. Tehnică 1970.

E. Pietrăreanu “Agenda electricianului” București, Ed. Tehnică, 1979.

S. Popescu Cursul “Alimentarea cu energie electrică a consumatorilor”, 2003.

E. Zaides Cursul “Utilizarea calculatoarelor la proiectarea rețelelor electrice”, 1997.

D. Comșa, “Proiectarea instalațiilor electrice industriale”

S. Darie București, Ed. Didactică, 1979.

Gh Comănescu, “Proiectarea stațiilor electrice” București, Printech, 1979

D. Scripcariu

RENEL P.E. 134/95 Normativ privind metodologia de calcul a curenților de scurtcircuit, 1995.

ANEXA 1.

În proiect a fost prezentat calculul iluminatului de interior pentru un singur spațiu al centrului de afaceri (sala de conferință). În continuare sunt prezentate, sub formă tabelară, valorile mărimilor fizice folosite în calculul iluminatului de interior ce au fost obținute pentru celelalte spații din centrul de afaceri.

Pentru calcul s-au folosit relațiile (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) și (2.5) considerând Δ=1.1. Rezultatele obținute sunt date în tabelul A-1.

Tabelul A-1. Calculul iluminatului de interior.

ANEXA 2.

În proiect a fost prezentat calculul iluminatului de siguranță pentru un spațiu al centrului de afaceri (sală de conferință). În continuare sunt prezentate, sub formă tabelară, valorile mărimilor fizice folosite în calculul iluminatului de interior ce au fost obținute pentru celelalte spații din centrul de afaceri.

Pentru calcul s-au folosit relațiile (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) și (2.5) considerând Δ=1.1. Rezultatele obținute sunt date în tabelul A-2.

Se consideră un singur tip de lampă cu puterea P = 15W, ΦL = 147lm și Δ=1.1.

Tabelul A-2. Calculul iluminatului de interior.

ANEXA 3.

Exemplu de dimesionare a circuitului de alimentare a unui motor cu P=2.2kW protejat prin siguranță fuzibilă și contactor.

Motorul electric va fi alimentat de la tablou printr-un cablu având lungimea de 15m. Alegerea cablului se face în funcție de parametrii nominali ai motorului, care sunt:

Pn = 2.2kW Un = 380V n = 3000rot/min

η = 79% cosφn = 0.855 Ip/In = 6.5.

Acționarea electrică se caracterizează prin porniri rare și ușoare.

Durata de utilizare a sarcinii maxime este: Tmax = 3500 ore/an.

Etapele de calcul sunt următoarele:

calculul curenților absorbiți de motor în diferite regimuri de funcționare;

alegerea secțiunii cablului de alimentare din punct de vedere tehnic;

verificarea secțiunii la restricții tehnice;

dimensionarea economică a cablului;

alegerea aparatajului de comutație și de protecție a circuitului.

Schema monofilară de alimentare a motorului este prezentată în figura A-3.1.

Fig. A-3.1. Schema monofilară de alimentare a motorului.

Legendă:

SF = siguranță fuzibilă;

C = contactor;

RT = releu termic.

Curenții absorbiți de motor în diferite regimuri de funcționare se calculează cu relațiile:

curentul nominal:

[A] (A-3.1)

Înlocuind în relația (A-3.1) se obține:

InM = 4.95 A.

curentul maxim probabil:

[A] (A-3.2)

Înlocuind în relația (A-3.2) se obține:

Imax = 3.79 A.

curentul de pornire al motorului:

Ip = 6.5 · InM [A] (A-3.3)

Înlocuind în relația (A-3.3) se obține:

Ip = 32.175 A.

Alegerea secțiunii cablului de alimentare a motorului.

În această etapă se alege secțiunea cablului din punct de vedere tehnic și economic. Se va utiliza un cablu trifazat cu conductoare din aluminiu și izolație de PVC, care va fi pozat în canal, sub cota terenului și fără alte cabluri în imediata apropiere.

Conform [14] secțiunea necesară din punct de vedere tehnic, în condițiile unei porniri directe este:

s = 2.5 mm2.

Verificarea secțiunii la restricțiile tehnice.

Pentru verificarea secțiunii la restricții tehnice se folosesc relațiile:

stabilitatea termică în regim de durată.

Pentru condițiile de pozare specificate, curentul limită termic este dat de relația:

[A] (A-3.4)

în care:

klt = coeficientul prin care se ia în considerare specificul locului de pozare și prin această temperatură maximă a aerului ambiant.

klt = 1.

kNa = coeficientul prin care se ia în considerare influența termică a celor N cabluri trifazate dispuse în diferite condiții de pozare.

kNa = 1.

Înlocuind în relația (A-3.4) se obține:

I’ft = 27A.

Această valoare este mai mare decât valoarea curentului nominal al motorului.

stabilitatea termică la pornire: densitatea de curent prin conductor la pornirea motorului electric se calculează cu relația:

[A/mm2] (A-3.5)

Înlocuind în relația (A-3.5) se obține:

jp = 12.87 A/mm2.

Această valoare este mai mică decât jp.adm. = 20 A/mm2 (valoare admisibilă pentru conductoare din aluminiu).

stabilitatea termică în regim de scurtcircuit: protecția circuitului de alimentare a motorului realizându-se prin siguranțe fuzibile (t < 0.01s), verificarea stabilității termice în regim de scurtcircuit nu este necesară.

căderea de tensiune pe cablul de alimentare a motorului.

În regim normal, deoarece rezistența cablului este mult mai mare decât reactanța, căderea de tensiune pe cablul cuprins între tabloul principal și bornele motorului se calculează cu relația:

[%] (A-3.6)

În care:

ρAl = 0.032 kg/m3 l = 15 m

InM = 4.95 A steh = 2.5 mm2

Înlocuind în relația (A-3.6) se obține:

Δu% = 0.37 %

Această valoare, chiar însumată cu căderea de tensiune între tabloul general al postului și cel principal de la care se alimentează motorul este cu mult sub abaterea de tensiune admisibilă la bornele motorului electric.

În regim de pornire, relația de calcul este:

[%] (A-3.7)

în care:

cosφp = 0.4.

Înlocuind în relația (A-3.7) se obține:

Δu% = 1.12%.

Această valoare, chiar însumată cu căderea de tensiune între tabloul general al postului și cel principal de la care se alimentează motorul este cu mult sub abaterea de tensiune admisibilă la bornele motorului electric în regim de pornire:

Dimensionarea economică a cablului.

Pentru o durată de utilizare a sarcinii maxime de 3500 ore/an conform [4] rezultă o densitate economică a curentului prin conductor:

jec = 0.7 A/mm2.

Secțiunea economică de calcul se calculează cu relația:

[mm2] (A-3.8)

Înlocuind în relația (A-3.8) se obține:

scec = 5.41 mm2.

Alimentarea motorului se va realiza pe considerente economice cu un cablu de secțiune:

sec = 5.5 mm2.

Alegerea aparatajului de comutație și de protecție a circuitului.

Pentru comutație și protecție la suprasarcină a motorului se alege un contactor cu relee termice. Protecția la scurtcircuit, atât a circuitului de alimentare, cât și a contactorului este asigurată prin siguranțe fuzibile.

Contactorul ales trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

tensiunea nominală: Una ≥ 380 V;

curentul nominal al aparatului: Ina ≥ InM;

curnetul de reglaj termic al releului termic: It ≈ InM;

curentul nominal al releului termic:

[A] (A-3.9).

Înlocuind în relația (A-3.9) se obține:

Ir ≈ 8A.

Conform [14] se alege contractorul tip AC echipat cu releu termic ale cărui caracteristici sunt date în tabelul (A-3.1)

Tabelul A-3.1. Caracteristicile tehnice ale contactorului.

Alegerea curentului nominal al siguranțelor fuzibile se face pe baza următoarelor condiții:

condiția de nefuncționare la curentul de pornire:

[A] (A-3.9)

Se alege o siguranță fuzibilă cu curentul nominal: Inf = 40 A.

Înlocuind în relația (A-3.9) se observă că se verifică această condiție.

condiția de nefuncționare în regim nominal, la sarcina de calcul

[A] (A-3.10)

în care:

k = 2.5 pentru porniri rare și ușoare;

Ip = 32.175 A.

Înlocuind în relația (A-3.10) se observă că se verifică această condiție.

condiția de asigurare a protecției conductoarelor rețelei la scurtcircuit:

[A] (A-3.11)

în care:

Ift = curentul limită termic pentru conductorul de 5.5 mm2, care a fost calculat cu relația (A-3.4).

Ift = 45 A.

Înlocuind în relația (A-3.11) se observă că relația se verifică.

Se alege o siguranță fuzibilă tip MPR ale cărei caracteristici sunt date în tabelul A-3.2.

Tabelul A-3.2. Caracteristicile tehnice ale siguranței fuzibile.

ANEXA 4.

Pentru calculul pierderilor de putere și energie în transformator se folosesc relațiile (3.46) și (3.47) ținându-se cont că trebuie calculate pierderile înainte și după amplificare.

Se obțin următoarele valori pentru pierderi (tabel A-4.1).

Tabelul 3.5. Valorile pierderilor de putere și energie în cele două variante

În cazul variantei a II-a calculul pierderilor s-a făcut utilizând relațiile (3.46) și (3.47), valorile înscrise în tabelul 3.5 și notate cu (*) respectiv (**) reprezentând diferența dintre pierderile calculate înainte de amplificare și după amplificare.