Automatizarea Centralelor Hidroelectrice de Mica Putere (chemp) Si a Microhidrocentralelor (mhc)

Cuprins

AUTOMATIZAREA CENTRALELOR HIDROELECTRICE DE MICĂ PUTERE (CHEMP) ȘI A MICROHIDROCENTRALELOR (MHC)

Generalități

Tipuri de micro-hidroagregate

Tipul de alternator folosit

A. Generatorul asincron GA

B. Generatorul sincron GS

Automatizarea grupurilor din CHEMP și MHC

Reglarea hidraulică tradițională

Reglarea modernă prin absorție de energie

Automatizarea regimurilor speciale de funcționare ale CHEMP/MHC+ RES

Instalații de protecție

Rapiditatea

Selectivitatea

Siguranța

Sensibilitatea

Independența de schema de conexiuni

Eficiența economică

Protecția de curent

Valoare de acționare

Temporizarea

Secționarea de curent:

Coeficient de sensibilitate

Protecția de tensiune

Protecția diferențială

Protecția de distanță

Relee de protecție

Protecții numerice

Sisteme de protecție numerice

MHC VĂLENII DE MUNTE – INSTALAȚII ELECTRICE DE AUTOMATIZARE ȘI PROTECȚIE

Date generale

Amplasare

Încadrarea în sistem

Date caracteristice

Schema electrică monofilară

Componența instalațiilor electrice de Ia MHC Vălenii de Munte

Dispoziția echipamentelor electrice

Generatorul asincron

Destinație și componență

Caracteristici tehnice

Dulapurile electrice cu echipamentele de automatizare și protecție

Destinație și componență

Caracteristici tehnice

Date de exploatare șl regimuri de funcționare

Avarii

Cutia de alimentare a consumatorilor electrici din centrală

Instalația de legare la pământ

Postul de transformare

Destinație și componență

Caracteristici tehnice

Sistemul de automatizare și funcționare

Protecția mediului

Emisii în atmosferă

Alimentarea cu apă, efluenți tehnologici și menajeri, sistemul de canalizare al apelor pluviale

Zgomotul și vibrațiile

Efecte potențiale ale activității de pe amplasament

Efecte potențiale ale activităților învecinate

SITUAȚIA DE PERSPECTIVĂ

BIBLIOGRAFIE

 AUTOMATIZAREA CENTRALELOR HIDROELECTRICE DE MICĂ PUTERE (CHEMP) ȘI A MICROHIDROCENTRALELOR (MHC)

Generalități

România este al 38-lea pe lista celor mai mari consumatori de energie din lume și este pe primul loc în Europa de sud-est. Posedă însă de un total de hidroenergie folosibilă de

36,000 GWh pe an. Deja în urma cu cațiva ani 80% din potențialul de hidroenergie s-a dezvoltat și aproximativ 30% din necesitatea energiei electrice a fost acoperită din aceasta sursă de energie regenerabilă. Cu toate că microhidrocentralele nu sunt prea mult răspândite în România, se speră la o schimbare în viitorul apropiat. S-au găsit în jur de 5000 de locații posibile pentru amplasarea microhidrocentralelor.

În vederea utilizării unor debite mai mici de apă și producerii de energie electrică avantajos economic, se folosesc hidroagregatele de putere instalată relativ redusă ( 160 kW < Pi < 1200 kW ), din CHEMP și MHC . Avantajele specifice acestora sunt:

realizabile in timp scurt ( circa 1 an );

se construiesc cu materiale locale;

fiind situate la periferia sistemului energetic, diminuează pierderile de energie electrică din rețeaua de transport de la marile centrale spre consunatorii locali, pe lânga care se construiesc CHEMP și MHC.

Hidroagregatele sunt cele mai eficiente și totodată cele mai ieftine generatoare de energie electrică. Dintre acestea, micro- hidroturbinele care le echipează constituie un grup aparte, de mare actualitate, având în vedere accentul care se pune pe producerea energiei electrice din surse regenerabile.

Până la momentul actual termenul „micro-hidro" nu a fost definit exact. Cea mai vehiculată clasificare a microhidrocentralelor la nivel internațional – în funcție de putere, debit și diametrul turbinei – este prezentată în tabelul de mai jos.

La proiectarea unei microhidrocentrale se iau întotdeauna în calcul căderea H și debitul Q. Pentru a instala o micro-hidroturbină pe un curs de apă este nevoie de un debit de 5 l/s la o cădere de minimum 3 m, sau de un debit de doar 0,5 l/s la o cădere de 10 m .

Puterea furnizată la arborele turbinei hidraulice poate fi exprimată prin relația Pt = 9,81QHηt în care:

Pt – este puterea turbinei [ Kw];

Q – debitul apei prin turbină [m3/s];

H – diferența de nivel (caderea) [m];

ηt – randamentul turbinei (ηt = 85-95 %).

Puterea electrică debitată pe barele centralei este dată de relația Pe = Ptηtrηg în care :

Pe – este puterea electrică pe bare [kw];

η G – randamentul generatorului ( 91-98%);

ηtr – randamentul transmisiei dintre turbină – generator ;

Csi – consumul serviciilor interne , în medie 1-3%.

În țara noastră, amenajările hidroenergetice de mică putere (până la 3,5 MW) se clasifică actualmente în:

centrale hidroelectrice de mică putere (CHEMP), cu puterea

instalată între 200 kW și 3600 kW;

microhidrocentrale (MHC), cu puterea instalată între 20 kW și 200 kW;

centrale hidro artizanale (CHA), cu puterea instalată mai mică de 20 kW.

Tipuri de micro-hidroagregate

Micro-hidroagregatele de largă utilizare (așa-numitele MLU) pot fi echipate cu turbine Kaplan tubulare, Kaplan axiale-compacte, Kaplan, Banki, Francis sau Pelton și sunt alcătuite în principal din:

microturbină hidraulică;

mecanism de acționare;

vană de intrare;

generator asincron;

dulap electric de comandă-automatizare.

Micro-hidroturbinele sunt realizate de obicei în soluție compactă, cu axul turbinei dispus în poziție orizontală, înclinată sau verticală.

Sistemele de acționare ale vanei și turbinei sunt manuale sau electromecanice, putând fi realizate de către producători în funcție de cerințele clientului. Funcționarea grupului este controlată automat, comenzile putând fi însă executate și manual.

Micro-hidroagregatele cu puteri instalate pe unitate între 10 și 100 kW oferă o gamă largă de utilizări:

producție de energie electrică pentru consum propriu;

producție de energie electrică pentru livrare în rețea;

producție de energie electrică pentru rețele izolate;

antrenarea altor echipamente.

Tipic, turbinele utilizate, sunt elicoidale intre 3 – 20 m cădere, Francis intre 30 – 100 m și Pelton intre 100 – 800 m.

Tipul de alternator folosit

Spre deosebire de CHE de putere, CHEMP și MHC reprezintă un caz particular interesant, relativ la tipul de alternator folosit, legat de :

caracteristicile turbinei: randament, viteza de rotație nominală și de ambalare, reglajul de viteză, gabarit, modul de instalare (orizontal, vertical, oblic), presiunea jetului de apă;

condiții de exploatare: interconectat, izolat, cu putere constantă sau variabilă, demarajul și modul de sincronizare, reglajul excitației și puterii reactive, comportarea dinamică, stabilitatea in funcționare.

A. Generatorul asincron GA – în gama de puteri mici, propie CHEMP si MHC – concurează cu succes pe cel sincron. Varianta cu rotorul in scurtcircuit are o construcție simplă și deci o intreținere simplificată. Nu există sistem de excitație (excitatoare – regulator) și problemele de sincronizare cu rețeaua sunt mai puțin delicate. Absoarbe din rețea curentul de magnetizare necesar sau, in cazul funcționării izolate, de la bateria de condensatoare – in paralel cu infășurarea statorică. Produce energie prin antrenare peste viteza de sincronism, cu alunecarea respectiv.

Absența unor elemente turnante sub tensiune conferă o comportare excelentă la ambalare, o durată de viață mare a rulmenților, un grad de fiabilitate superior ( nu are excitatrice, diode, roată polara bobinată). Ultima calitate este esențială pentru CHEMP și MHC, având o funcționare aproape continu.

În gama puterilor mici (< 200 kW ), GA sunt mai ieftine decât generatoarele sincrone GS. GA neputând fi influențat electric pe partea de rotor, punctele sale de funcționare se situează pe un arc de cerc din diagrama cercului, ( A – punctul de funcționare in sarcină nominală fără compensare de putere reactivă, fig. 1-a ). Deoarece factorul de putere descrește pronunțat la sarcini parțiale, se preferă a folosi acest tip de generator in regim de putere constantă. GA nu reușește să compenseze fluctuațiile de tensiune din rețeaua care ii furnizează puterea reactivă. Furnizarea puterii reactive necesare propriei excitări, constituie dezavantajul major al GA.

Cuplarea la rețea are in vedere două aspecte legate de calitatea energiei: evitarea abaterilor de tensiune și a socurilor de putere. In acest sens se cuplează in paralel cu GA o baterie de condensatoare BC care ii furnizează acestuia integral sau parțial energie reactivă. Bateria este obligatorie la funcționarea pe retea izolată.

Șocurile de putere preluate de rețea se atenuează prin limitarea puterii nominale a GA.

Deși teoretic nu există limite, plafonarea puterii active nominale la 1 MW cu furnizarea de către a BC a cel puțin 60% din puterea reactiv , pare sa fie un compromis rezonabil în cazul funcționarii interconectate ; la funcționarea pe rețea izolată, puterea nominală a GA este limitată la aproximativ 100 kW, iar BC furnizează 100% putere reactivă.

B. Generatorul sincron GS – se realizează, tot mai des in ultimul timp, cu excitație cu diode turnante, fără perii și inele rotorice, atingând aproape același nivel de intreținere redus ca la mașina asincronă. Primind puterea reactivă de la propiul sistem de excitație, GS poate funcționa la fel de bine interconectat cu rețeaua ca și izolat, pe sarcină propie. Spre deosebire de GA ( cu rotor in scurtcircuit ) la care punctul de funcționare evoluează pe un arc de cerc, la GS aceste puncte se situează in interiorul unui domeniu de funcționare precis delimitat , ( A – punctul de funcționare la sarcină nominală; B – limita de stabilitate in regim capacitiv; suprafața de culoare inchisă reprezintă domeniul de lucru al GS cu poli aparenți, fig. 1-b ). Deci GS poate fi exploatat și la sarcini parțiale.

Fig. 1. Diagramele de funcționare P – Q ale alternatorului unei MHC.

a. ASINCRON b: SINCRON

A – punctul de funcționare în sarcină A – punctul de funcționare la sarcină

nominală fără compensare de putere nominală;

reactivă; B – limita de stabilitate:

B – punctul de desprindere. a- domeniul inductiv de funcționare;

b-domeniul capacitiv de funcționare.

Cu alte cuvinte GS prezintă avantajul important – și uneori decisiv dacă este vorba de puteri mai mari, peste 1 MW – stabilitatea in tensiune și frecvența a curentului produs.

Compararea celor două mașini electrice in funcție de modul de exploatare, concurente la echiparea unui CHEMP sau MHC este prezentată în tabelul de mai jos.

Oportunitatea echipării CHEMP sau MHC cu GS/GA

Modurile de exploatare luate in discuție :

a – la putere constantă;

b – la putere variabilă;

c – la sarcină variabilă și tensiune costantă;

d – la sarcină variabilă cu producere de putere reactivă.

Pentru cazurile in care GA și GS sunt in concurență strânsă se pot lua in considerare și alte criterii de decizie, astfel: rezistența la ambalare, calitatea curentului produs, gradul de fiabilitate, costul etc.

Rețeaua utilizată pentru racordare CHEMP și MHC este cea de medie tensiune 6 – 20 kV, iar generatorul debitează de regulă energie la 0,4 kV. Conectarea grupului se face prin siguranțe, contactor și relee termice sau, mai elegant prin intrerupător.

CHEMP și MHC funcționează de regulă fără personal de exploatare fiind automatizate pe baza nivelurilor de apă. Se disting două categorii:

independente, prelucrând debite de apă captate special in scop energetic;

legate la unele servituți, prelucrând debite de apă utilizate in alte scopuri, apa potabilă sau industrială, apa de răcire sau pentru irigații etc.

Funcționarea de principiu a CHEMP și MHC este cu debit constant. În acest scop, pentru a nu pierde volumele de apă corespunzătoare debitelor mai mici decât debitul instalat, acestea se preere nominală;

reactivă; B – limita de stabilitate:

B – punctul de desprindere. a- domeniul inductiv de funcționare;

b-domeniul capacitiv de funcționare.

Cu alte cuvinte GS prezintă avantajul important – și uneori decisiv dacă este vorba de puteri mai mari, peste 1 MW – stabilitatea in tensiune și frecvența a curentului produs.

Compararea celor două mașini electrice in funcție de modul de exploatare, concurente la echiparea unui CHEMP sau MHC este prezentată în tabelul de mai jos.

Oportunitatea echipării CHEMP sau MHC cu GS/GA

Modurile de exploatare luate in discuție :

a – la putere constantă;

b – la putere variabilă;

c – la sarcină variabilă și tensiune costantă;

d – la sarcină variabilă cu producere de putere reactivă.

Pentru cazurile in care GA și GS sunt in concurență strânsă se pot lua in considerare și alte criterii de decizie, astfel: rezistența la ambalare, calitatea curentului produs, gradul de fiabilitate, costul etc.

Rețeaua utilizată pentru racordare CHEMP și MHC este cea de medie tensiune 6 – 20 kV, iar generatorul debitează de regulă energie la 0,4 kV. Conectarea grupului se face prin siguranțe, contactor și relee termice sau, mai elegant prin intrerupător.

CHEMP și MHC funcționează de regulă fără personal de exploatare fiind automatizate pe baza nivelurilor de apă. Se disting două categorii:

independente, prelucrând debite de apă captate special in scop energetic;

legate la unele servituți, prelucrând debite de apă utilizate in alte scopuri, apa potabilă sau industrială, apa de răcire sau pentru irigații etc.

Funcționarea de principiu a CHEMP și MHC este cu debit constant. În acest scop, pentru a nu pierde volumele de apă corespunzătoare debitelor mai mici decât debitul instalat, acestea se prevăd cu bazine compensatoare, in care nivelul apei este controlat permanent, iar funcționarea grupurilor este aservită acestui nivel de apă.

GS convine tuturor situațiilor de funcționare; GA poate concura cu succes atunci când este exploatat in regim de putere constantă. Cu toate acestea , GA – care nu diferă cu nimic de un motor asincron – este sensibil mai ieftin și, ca regulă generală, se preferă în echiparea CHEMP – urilor și MHC – urilor.

Automatizarea grupurilor din CHEMP și MHC

Reglarea hidraulică tradițională

Pentru un grup, sistemul de reglaj aferent are rolul dublu de a adapta in fiecare moment puterile activă și reactivă generate la valorile aleatoare impuse de consumatori.

Dacă aceasta“ lege a cererii și a ofertei “ nu este respectată, rezultă variații de frecvența și tensiune. Practic nu se poate realiza o egalitate strictă – se admite o toleranță minimă oricare ar fi variația de sarcină din rețea ( de la 0 la 100 % ).

Reglarea hidraulică tradițională constă in a modifica puterea produsă de turbină față de puterea activă cerută de rețea. Turbina este prevazută cu un dispozitiv de reglaj al debitului aservit vitezei de rotație care se dorește a se menține constantă. Timpul de răspuns pentru aceste dispozitive de reglaj fiind ridicat – zeci de secunde – ansamblul turbogenerator comportă in general un volant.

Automatizarea regimurilor de funcționare se referă la următoarele:

pornirea agregatului este automată și se realizează de către traductorul de nivel montat in zona prizei de apă, la atingerea nivelului maxim prestabilit.

Condițiile prealabile pornirii sunt:

aparatul director complet inchis;

tensiune prezentă pe barele de 0,4 kV;

nivel de apă normal.

încărcarea cu sarcină activă are loc dupa comanda de pornire prin conectarea servomotorului de deschidere a aparatului director AD, care se deschide până la poziția de mers in gol. Agregatul se rotește cu o turație apropiată de cea sincronă. Secvența următoare este de inchidere a intreruptorului; apoi, aparatul director se deschide la poziția maximă. În acesta poziție grupul este incărcat la puterea maximă corespunzătoare condițiilor hidraulice ( cădere și debit ).

Oprirea normală este inițiată prin comanda de oprire ce se dă automat, prin intermediul traductorului de nivel apă minim. Sevomotorul aparatului director AD primește comanda de inchidere, ca urmare, sarcina se descarcă și, la atingerea deschiderii corespunzătoare mersului in gol, intreruptorul se deconectează de la rețea, AD continund cursa până la închiderea totală, agregatul intrând in repaus.

Oprirea de avarie provine de la următoarele protecții:

tensiune minimă la barele de 0,4 kV;

suprasarcină, servomotor acționare AD;

ciclu deschidere depășit;

supratemperatură;

protecție gaze trafo ( treapta II-a );

suprasarcină generator;

scurtcircuit in generator.

La oprirea de avarie se dă impuls simultan de declanșare a intreruptorului de rețea și de inchidere pentru aparatul director AD.

Comanda manuală este efectuată prin butoane pentru comandă, voită, in vederea asigurării posibilităților unor manevre locale de pornire – oprire.

Instalația de semnalizare asigură transmiterea la distanță la centrul de supraveghere stabilit de beneficiar, a infofmațiilor privind avariile de la partea electrică sau mecanohidraulică. Spre deosebire de instalațiile de teletransmisie de la CHE – uri, la CHEMP și MHC se folosește un sistem simplu, din radiotelefoane și convertoare de semnal. Se utilizează antene radiotelefon de tip fix, montate corespunzător propagării optime ( < 50 km ).

Reglarea modernă prin absorție de energie

Generalități. În principiu, sistemul deplasează punctul de reglare de la generator la consumator printr – un procedeu relativ simplu: funcție de sensul variației constante a sarcinii se conectează/deconectează rezistoare de disipare a energiei in număr adecvat, aproximativ proporțional. In acest fel GA este incărcat constant; conform unei scheme de reglare, se compară o tensiune – imaginea frecvenței tensiunii de utilizare, cu o altă tensiune care este nivelul de referință ( frecvența de consemn ).

Acest sistem de reglaj eficient s-a introdus plecând de la urmatoarele observații:

Regulatorul electronic de sarcină RES face ca energia produsă de GA și neutilizată de rețea sa fie disipată prin efect Joule. In consecință folosirea RES este limitată din motive economice la puteri nominale ale GA de până la 500 kW ( datorită costului rezistoarelor de disipare );

Reglajul clasic de tensiune riscă să introducă fenomene oscilatorii iar prevenirea lor complică regulatorul, mai ales in cazul sursei separate de putere reactivă. Pentru o sarcină reactivă dată, RES poate menține tensiunea constantă astfel: se masoară variațiile de frecvență și se acționează în consecință asupra sarcinii active pentru a corecta aceste variatii;

Ținând cont de inerția mecanică apreciabilă a ansamblului format din piesele mecanice ( turbine, reductor, generator ) și de coloana de apă in mișcare, parametrul frecvență beneficiază de autoreglaj – fapt ce conferă o stabilitate mai bună comparativ cu parametrul tensiune.

Regulatorul electronic de sarcină RES. Este compus din trei elemente astfel:

placa electronică (RES);

ansamblul triac (TR);

blocul rezistoarelor (R).

Rezistoarele care formează circuitul secundar de disipare, precum și triacul – sunt calibrate corespunzător puterii GA. In schimb, placa electronică – regulatorul propiu-zis – poate fi comună pentru toate aplicațiile. În funcționare, RES montat la bornele GA, urmărește in permanență menținerea egalității:

P = Pp + Ps ,

in care:

P – reprezintă puterea produsă de grupul hidrogenerator;

Pp – puterea cerută de circuitul principal de alimentare ( al consumatorilor );

Ps – puterea absorbită de circuitul secundar ( rezistiv ).

Fig. 2. Curba de lucru a traductorului de abatere de frecvență.

La o variație instantanee a lui P, ca urmare a modificării puterii hidraulice (cădere, debit) sau a puterii consumatorilor Pp, rezultă o variație de frecvență. Această abatere de frecvență față de frecvența de consemn, determină intervenția RES asigurându-se revenirea frecvenței prin modificareaPs. Imaginea frecvenței se asigură prin traductorul de frecvență care dă la ieșire o tenisiune Ua proporțională în zona DU, conform figurii 2. Reglarea Ps se face elegant prin modificarea continuă a unghiului de aprindere al triacului și încărcarea variabilă a blocului rezistoarelor.

Intervenția RES se deduce din examinarea diagramei de putere din fig. 3, în cazul particular al unei turbine de putere generată constantă. În tabelul 1 se exemplifică modul de funcționare al sistemului în două cazuri concrete. Variațiile extreme de sarcină se tratează în felul următor: în cazul unei căderi de tensiune excesive pe care sistemul de reglare nu reușește să o elimine, blocul corector subvoltor, special prevăzut, va deconecta generatorul și va închide admisia apei în turbină protejând astfel agregatul împotriva deteriorării; reducerea sau chiar anularea Pp cerută de consumatori implică echilibrarea puterii generate P prin puterea absorbită de blocul rezistoarelor complet introduse.

Dacă energia astfel total transformată în căldură prin efect Joule este utilă – de exemplu, încălzitul unei cabane montane – funcționarea poate fi atunci continuată. Altminteri, se procedează similar la oprirea grupului electrogen și acumularea apei.

Tabelul 1.

Parametrul reglării este frecvența; ori de câte ori este sesizată abaterea de frecvență în circuitul principal față de valoarea de referință, RES intervine prompt. În acest fel, se ameliorează stabilitatea tranzitorie cu ocazia pornirilor de motoare asincrone, a detestărilor bruște de rețea. (De fapt, acest parametru al reglării încorporează practic tensiunea, care variază în limite largi față de valoarea nominală).

Limita de funcționare este atinsă dacă puterea cerută de ansamblul consumatorilor crește și după ce RES a scos complet din circuit ansamblul rezistor – disipator. Puterea consumată în circuitul principal depășește puterea turbinei iar RES rămâne sub tensiune, dar este inoperant. Efectul constă în scăderea frecvenței în circuitul principal și în consecință se poate proiecta schema de protecție prin relee, astfel:

se acceptă deliberat o deteriorare momentană y nivelului de tensiune și frecvență ca urmare a suprasarcinii instantanee survenită la momentul oarecare t1 (fig. 4 – pentru cazul unei turbine cu reglaj de debit manual sau automat);

se descarcă parțial rețeaua, desemnând tranșe de sacrificiu la consumator;

se oprește CHEMP/MHC dacă suprasarcina sau variațiile de tensiune au caracter permanent (t > t2).

Performanțele sistemului de reglare descris:

în regim de funcționare stabilizat, se referă la menținerea parametrilor controlați în interiorul unei plaje de variație, astfel: ±2% pentru frecvență și +5 – 10 % pentru tensiune;

în regim tranzitoriu RES conduce la rezultate mai bune față de sistemul de reglaj clasic, fapt ilustrat calitativ din fig. 5 (I – cu RES; II – cu reglaj clasic; fo=50 Hz; f1 =51 Hz; f2 =52Hz; to – începutul perturbației; t1 = 0,5s – sfârșitul perturbației cu RES; t2 = 2-3s – sfârșitul perturbației cu reglaj clasic).

Fig. 3 Reglarea sarcinii al unei turbine Fig. 4 Reglarea sarcinii plecand de

cu puterea produsă constantă . la o putere produsă variabilă.

Fig. 5 Comparația răspunsului in Fig. 6 Reglaj programat in cazul unei

frecvență la o aruncare de sarcină cu turbine cu reglaj discret – Pelton cu

(I) și fără (II) RES. 3 jeturi fixe.

Avantajele sistemului de reglare electronic cu absorbție de energie sunt prezentate într-o formă condensată în tabelul de mai jos.

Se disting practic trei game de puteri nominale, de ordinul zecilor de kW, peste 100 de kW și peste 500 kW, care diferă calitativ și prin modul de răcire al rezistoarelor disipative.

Astfel, în primul palier de putere rezistoarele utilizate sunt răcite cu aer în convecție naturală; la puteri superioare se utilizează rezistențe răcire forțat cu aer în vederea diminuării costului, crescut de aproximativ 1,4 ori fața de prima categorie; de regulă, peste 500 kW se utilizează rezistoare imersate în apă de răcire preluată chiar din râul respectiv, a cărui energie hidraulică se utilizează.

Avantajele reglajului electronic prin absorție de energie

Automatizarea regimurilor speciale de funcționare ale CHEMP/MHC+ RES

Utilizarea energiei de reglare (din circuitul secundar) poate conduce la avantaje apreciabile pentru economia zonei de instalare a CHEMP/MHC, ca de exemplu: încălzirea unei cabane sau a unui hotel etc., sursă de energie adiacentă la prepararea hranei, la încălzirea apei menajere etc. Automatizarea alimentării cu această energie se face ținând cont de nivelul termic,de caracterul intermitent și, de aici, rezultă importanța utilizării de sisteme acumulatoare de energie etc.

Combinarea RES cu reglajele hidraulice de nivel este potrivită pentru majoritatea MHC unde există un dispozitiv de adaptare – manual sau automat – la debitul afluent (reglaje asupra turbinei, roții Pelton cu injectoare multiple, cu ac mobil etc.) In asemenea instalații hidroelectrice, RES va interveni la toate modificările puterii hidraulice determinate de variația nivelului apei din bazinul amonte.

Ambele sisteme de reglaj vor opera în paralel astfel:

reglajul turbinei (reglare efectuată de regulă numai în funcție de nivel) nu depinde decât de debitul afluent și este independent de variațiile puterii consumatorilor electrici din rețeaua locală;

RES intervine pentru asigurarea echilibrului atât la variațiile de putere produse de generator cât și la cele ale puterii consumatorilor electrici din circuitul principal; de aici rezultă oportunitatea utilizării acestui sistem de control automat și avantajele sale.

Combinarea RES cu reglajele hidraulice de putere se utilizează atunci când se cunoaște curba de sarcină a consumatorului și se dorește limitarea volumului de apă turbinat, dispunând de un bazin de acumulare. în acest caz reglajul hidraulic urmărește în trepte variația de putere a consumului electric și încetează a mai fi un simplu reglaj de nivel. SuprapunereaRES, în acest caz, oferă avantajele reglajului bazat pe absorbția de energie electrică – cu acela al economiei de apă.

Reglarea hidraulică se poate efectua fie manual sau parțial automat, utilizând programarea printr-un mecanism de ceasornic cu contacte, fie total automat. În ultimul caz, RES introduce sau scoate din funcțiune grupuri ale CHEMP/MHC, fie închide sau deschide o parte din injectoarele turbinei Pelton, conform fig. 6.

De menționat că adaptarea RES la turbine având reglaj hidraulic de putere cu reglare continuă nu se justifică economic decât la puteri nominale de peste 200 kW. In asemenea cazuri se poate reduce puterea absorbită de circuitul secundar la o fracțiune din puterea totală instalată, conform fig. 7.

Fig. 7. Reglaj mixt în cazul unei turbine cu reglaj continuu.

În cazul unei CHEMP/MHC cu mai multe hidrogeneratoare debitând pe o aceeași rețea electrică izolată, este suficientă prevederea unui singur RES. El comandă prin blocul triacrezistoarele disipative, care echipează însă fiecare hidrogenerator. în felul acesta, se reduce costul total al aparaturii de automatizare cu care este astfel echipată microhidrocentrala respectivă. De fapt, se recunoaște și aici aceeași idee subliniată deja în cadrul capitolului referitor Ia stațiile de pompare echipate cu motoare sincrone și demaraj prin convertizoare statice de frecvență. Este vorba de reducerea investiției inițiale ținând cont și de costul deocamdată relativ ridicat al părții electronice. Este deci rațională, cel puțin deocamdată, prevederea unui singur echipament de control electronic comun pentru întreaga CHEMP/MHC; în viitor, ținând cont de reducerea în general spectaculoasă a costului echipamentului electronic realizat prin tehnica microprocesoarelor, este posibilă echiparea fiecărui grup cu dispozitivul RES.

În ultimul timp există tendința standardizării echipamentului și tehnologiei în ansamblu pentru microhidrocentrale MHC și respectiv centrale hidroelectrice de mică putere CHEMP – cu efecte economice evidente.

Astfel, în fig. 8 și 9 se prezintă schemele electrice primare de conexiuni și echiparea modulată cu aparatura de măsurare și protecție. Sistemul modular combină avantajele unui spațiu redus cu posibilitatea extinderii ulterioare și satisface pe deplin necesitățile legate de exploatarea unei CHEMP/MHC de construcție modernă.

În fine, consumatorii de servicii proprii ai MHC sunt alimentați de la un transformator coborâtor de m.t./0,4 kV, iar întregul echipament electric pentru hidrogenerator este amplasat într-un minimum de spațiu, extins la doar 3-4 panouri.

Microhidrocentralele sunt, în general vorbind, un exemplu de aplicație interesantă a conversiei hidro-electro-mecanice la puteri reduse, exemplificarea fiind făcută pentru cazul unui alternator asincron, mai simplu și mai ieftin (robust) decât cel sincron. Rezultatele obținute și experiența în exploatarea CHEMP/MHC au permis aplicarea lor și în alte domenii conexe.

Fig. 8. Schema de automatizare tipizată a unei MHC echipate cu GS.

Fig. 9. Schema de automatizare tipizată a unei MHC echipate cu GA.

Instalații de protecție

Instalația de protecție prin relee este formată din totalitatea aparatelor si dispozitivelor destinate să asigure deconectarea automată a instalației in cazul apariției regimului anormal de funcționare sau de avarie (defect), periculos pentru instalația electrică: În cazul regimurilor anormale care nu prezintă pericol imediat, protecția semnalizează numai apariția regimului anormal. Deconectarea instalației electrice se efectuează de către intreruptoare, care primesc comanda de declanșare de la instalația de protecție. Se realizează separarea părții cu defect de restul instalației (sistemului) electrice, urmărindu-se prin aceasta:

limitarea dezvoltării defectului, ce se poate transforma intr-o avarie la nivelul sistemului;

preintampinarea distrugerii instalației in care a apărut defectul;

restabilirea regimului normal de funcționare, asigurând continuitatea in alimentarea cu energie electrică a consumatorilor.

În țara noastră a avut loc o perfecționare continuă a instalațiilor și echipamentelor de protecție, in prezent fabricându-se majoritatea echipamentelor necesare. Se cercetează noi instalații de protecție. care utilizează tehnica de calcul și sistemele de achizitie cu microprocesor in instalațiile de protecție. Acestea permit reducerea timpului de lucru al protecției și reducerea gabaritului echipamentelor, odată cu creșterea numărului parametrilor analizați și a fiabilității sistemului de protecție pe ansamblu.

Pentru a indeplini in bune condiții obiectivele impuse, instalațiile de protecție trebuie să satisfacă anumite performanțe (calități).

Rapiditatea

Protecția trebuie să acționeze rapid pentru a limita efectele termice ale curenților de scurtcircuit, scăderea tensiunii, pierderea stabilității sistemului electric. Timpul de lichidare (eliminare) a unui defect se compune din timpul propriu de lucru al protecției ( =0,02…0.04 s), timpul de temporizare reglat și timpul de declanșare a intreruptorului ( =0,04…0,06 s). Pentru protecțiile clasice timpul minim de deconectare din momentul apariției scurtcircuitului va fi de 0,06…0,10 s. Aceste valori sunt suficiente pentru instalațiile electroenergetice. Deci rapiditatea se obține prin utilizarea unor echipamente de calitate (performante).

Selectivitatea

Reprezintă proprietatea unei protecții de a deconecta numai elementul (echipamentul, tronsonul) pe care a apărut defectul, restul instalației (sistemului) rămânând sub tensiune. Protecția trebuie să comande declanșarea celor mai apropiate intreruptoare de la locul defectului. Selectivitatea se poate realiza pe bază de timp (prin temporizări), pe bază de curent sau prin direcționare. In funcție de particularitățile instalației și de importanța consumatorului se va adopta prioritatea intre rapiditate și selectivitate.

În rețeaua de joasă tensiune, incepând de la tabloul general din postul de transformare și până la ultimul receptor, sunt montate diferite aparate de protecție (intreruptoare automate cu declanșatoare, siguranțe fuzibile, relee termice) alese in funcție de cerințele impuse de porțiunea respectivă a rețelei. Deoarece curentul de defect parcurge toate elementele serie de pe calea de curent de la sursa de alimentare (transformator) până la locul defectului, el poate influența și alte aparate decat cele care trebuie sa elimine defectul produs. Apare necesară corelarea caracteristicilor de protecție pentru asigurarea selectivității protecției, adică să funcționeze numai aparatul de protecție de pe tronsonul cu defect, restul instalației rămânând sub tensiune.

Selectivitatea se poate asigura prin timpul de acționare (in trepte crescătoare spre sursă) sau prin valorile curentului de pornire a protecției (ardere fuzibil). 
Selectivitatea intre elementele de protecție in rețelele electrice de joasă tensiune se va face analizând comportarea acestora la suprasarcini și la scurtcircuit, comparând caracteristicile timp-curent, astfel încat timpul de prearc al siguranței din amonte să fie mai mare decât timpul total al siguranței din aval sau timpul de declanșare al intretruptorului.

Selectivitatea la scurtcircuit se determină comparand valorile timpului de prearc al siguranței din amonte să fie mai mare decat timpul total al siguranței din aval sau al aparatului protejat. Pentru aparatele de protecție se poate calcula pentru curentul limită termic și timpul impus.

Selectivitatea siguranțelor fuzibile poate fi analizată și din punct de vedere al stabilității dinamice a aparatelor de comutație la scurtcircuit. De exemplu, in ansamblul siguranță-contactor-relee termice, siguranța asigură protecția la scurtcircuit, iar releele termice protecția la suprasarcină. Curentul limitat (tăiat) de siguranță trebuie să fie suportat de contactor.

Funcționarea selectivă a protecției se verifică in mod riguros prin suprapunerea caracteristicilor de protecție ale dispozitivelor care lucrează in serie.
Vor rezulta diferențe de timp între timpii de acționare la aceleași valori ale curentului. Selectivitatea este asigurată atunci cand diferențele de timp sunt suficiente.

Siguranța

Aceasta presupune acționarea protecției numai cand este necesar, fără funcționari intempestive, adică atunci cand nu au apărut defecte in instalația protejată. Siguranța presupune o protecție bine proiectată (alegerea tipului schemei reglajului și calculul acestuia) și echipamente cu fiabilitate ridicată. Acestea se pot obține printr-un grad crescut de integrare, folosind microprocesoare specializate.

Sensibilitatea

Instalațiile de protecție trebuie sa lucreze (acționeze) la abateri cat mai mici de la valoarea normală a mărimii fizice controlate. Sensibilitatea protecției se apreciază prin coeficientul de sensibilitate. Coeficientul de sensibilitate poate lua valori intre 1,2…2,5, în funcție de tipul protecției și importanța instalației protejate. Atunci cand nu sunt satisfăcute condițiile de sensibilitate se vor utiliza protecții complexe (de distantă, cu filtre). Pentru a asigura sensibilitatea, releele de protecție trebuie să consume (absoarbă) o putere redusă pentru actionare.

Independența de schema de conexiuni

Protecția unei instalatii trebuie astfel proiectată încât să acționeze corect, independent de configurația schemei de conexiuni a sistemului electric la momentul respectiv (de numărul surselor in funcțiune și poziția cuplelor). Corectitudinea funcționării protecției se asigura verificand selectivitatea in regim maxim și sensibilitatea in regim minim. 

Eficiența economică

Cu toate că in general costul echipamentelor de protecție este mic in comparație cu costul instalațiilor protejate, cheltuielile de investiții și de exploatare vor fi comparate cu daunele produse in cazul nefuncționării protecției. De aceea, nu este indicat să se facă economii la acest capitol. Pe lângă aceste calități, la alegerea instalațiilor de protecție se vor mai avea in vedere: gabaritul, elasticitatea in modificarea caracteristicilor de acționare, tipizarea (modularea) subansamblelor, invariabiliatea parametrilor reglați și a caracteristicilor indiferent de condițiile de funcționare (vibrații, temperatură variabilă, variația regimului de funcționare al instalației protejate).

O problemă importantă care apare in funcționarea instalațiilor de protecție o constituie saturarea transformatoarelor de masură, care duce la modificarea formei de undă a semnalului aplicat echipamentelor de protecție, precum și comportarea acestora la funcționarea sistemului protejat in regim deformant și dezechilibrat. Pentru aceasta se impune construcția unor noi tipuri de traductoare (de curent, de tensiune, de putere) și utilizarea semnalelor numerice, in cazul transmiterii la distanță a mărimilor controlate.

Proiectarea instalațiilor de protecție trebuie să aibă ca obiectiv păstrarea continuității în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor, chiar în cazul apariției unor defecte în sistem.

Protecția de curent

Se folosește in general ca protecție maximală de curent. Acționează la aparitia unui supracurent in circuitul protejat ca urmare a unei suprasarcini sau a unui scurtcircuit. Se realizează cu relee de curent care acționează atunci când curentul din circuitul protejat depășește o anumită valoare de prag stabilită, numită curent de pornire (de acționare) al protecției.

Aceste protecții se pot echipa cu relee primare, montate in serie pe circuitul protejat, la care curentul de acționare al releului sau cu relee secundare in montaj indirect, montate in secundarul transformatoarelor de curent ( fig. 10 ).

a) fără temporizare b) cu temporizare

Fig. 10. Schemele de principiu ale protecției maximale de curent.

Curentul nominal al releului se alege astfel incât curentul de acționare determinat prin calcul să poată fi reglat și să indeplinească condiția de sensibiltate. Acest tip de protecție este simplu, dar nu poate indeplini condiția de selectivitate, deoarece creșterea valorii eficace a curentului din circuit se poate datora unor scurtcircuite din interiorul zonei protejate, dar și scurtcircuitelor externe. Pentru asigurarea selectivității sunt necesare elemente suplimentare (de obicei relee de timp). Se pot folosi și protectii minimale de curent, de exemplu cele care funcționează la întreruperea circuitelor de curent (excitația generatoarelor). Ele sunt utilizate rar in practică.

Condițiile de acționare sunt urmatoarele:

protecția maximala de curent I>I reglat ;

protecția minimala de curent I<I reglat .

Tipuri de protecții maximale de curent:

instantanee (fără temporizare);

cu temporizare;

cu controlul tensiunii (cu blocaj la minimă tensiune);

direcțională;

de secvență inversă.

Calculul reglajelor protecțiilor presupune:

valoarea de acționare;

temporizare;

coeficient de sensibilitate.

Valoare de acționare

protecția maximală de curent impotriva scurtcircuitelor:

Irev = KsigIn, Ksig = 1,1 …. 1,2;

;

Rezultă:

protecția impotriva suprasarcinilor:

Irev = KsigIn , Ksig = 1,05;

;

Rezultă:

Temporizarea

protecția maximală de curent impotriva scurtcircuitelor:

ta = ta max + Δt

in care:

ta max=cea mai mare dintre temporizările protecțiilor maximale de curent ale elementelor racordate la barele dinspre consumatori;

Δt = 0,5 …… 0,6 s – reprezintă treapta de timp pentru asigurarea selectivității.

protecția impotriva suprasarcinilor:

ta = ta max scc + Δt

in care:

ta max scc = temporizarea protecției impotriva scurtcircuitelor exterioare;

Δt = 0,5 …… 0,6 s – reprezintă treapta de timp pentru asigurarea selectivității.

Secționarea de curent:

Fig. 11 . Secționarea de curent.

Coeficient de sensibilitate

funcția de bază

funcția de rezervă

Fig. 12. Calculul coeficienților de sensibilitate.

Protecția de tensiune

Majoritatatea defectelor sunt insoțite de scăderi ale valorilor tensiunii, dar sunt și cazuri in care valorile tensiunii electrice ating nivele periculoase pentru instalația respectivă.

Protecția de tensiune se realizeaza atât ca protecție minimală, cât și ca protecție maximală. Protecția maximală poate fi utilizată ca protecție de sine stătătoare și se prevede pentru protejarea echipamentelor împotriva deteriorării izolației ca urmare a creșterii tensiunii.

Tensiunile mari pot să apară în centrale ca urmare a operării incorecte a sistemelor de excitație, a funcționării defectuoase a regulatoarelor de tensiune, în cazul separării generatoarelor de sistem sau in timpul insularizării.

De asemenea, tensiunile mari pot să apară în rețele ca urmare a funcționarii defectuoase a regulatoarelor de tensiune la transformatoare și a sarcinilor scăzute.
Protecțiile minimale de tensiune acționează în cazul scăderii tensiunii, care poate avea loc la un scurtcircuit sau la intreruperea alimentării. Releele minimale de tensiune acționează când valoarea eficace a tensiunii U din circuitul protejat scade sub valoarea tensiunii de pornire a protecției. În instalațiile de joasă tensiune, protecția de minimă tensiune este asigurată de bobinele contactoarelor sau de declanșatoarele de minimă tensiune ale intreruptoarelor automate.

Protectiile minimale de tensiune nu sunt selective, la un scurtcircuit scăderea tensiunii fiind resimțită și in exteriorul instalației in care a apărut defectul. 
Protecțiile maximale de tensiune se folosesc mai rar și acționează la creșterea tensiunii circuitului, U, peste tensiunea de pornire a protecției .

Protecția de minimă tensiune detectează stările de funcționare cu tensiune scăzută care pot conduce la pierderea stabilității funcționării mașinilor electrice. De asemenea, poate fi utilizată in combinație cu protecția maximală de curent scopul de a diferenția un defect (scurtcircuit) indepărtat de o suprasarcină. Ambele regimuri generează valori asemănătoare ale curentului electric, tensiunea scăzând numai in cazul scurtcircuitelor. Se obține in acest fel protecția maximală de curent cu blocaj la minimă tensiune, protecție care va acționa in cazul scurtcircuitului numai dacă tensiunea scade sub o valoare prestabilită.

Condițiile de acționare sunt următoarele:

– protecția maximală de tensiune U > U reglat

– protecția minimală de tensune U < U reglat

De la cetelalte protecții

Fig. 13. Schema principială a protecției maximale de tensiune.

Calculul reglajului pentru blocajul la tensiune minimă se efectuează astfel:

;

ksig = 1,1 ……… 1,5 si krev = 1,15.

rezultă:

Protecția diferențială

Protecția diferențială lucrează atunci cand apare o diferență fazorială între curenții de la capetele zonei protejate. Curenții de la capetele zonei protejate se considera egali și în fază, deci: is1=is2; is1-is2=0; (secționarea de curent fig. 11).

La apariția unui defect in afara zonei protejate (scurtcircuit in punctul K,) valoarea curenților va crește proporțional, diferența lor rămânând tot zero. Dacă apare un defect în interiorul zonei protejate (scurtcircuit in punctul K,), faza curenților se modifică, deci prin releu va circula diferența fazorială a celor doi curenți și deci protecția va da comanda de declanșare la depășirea valorii reglate. Principiul de funcționare permite asigurarea unei bune selectivități, iar valoarea redusă a curentului reglat la releu (mai mică decât la protecția maximală de curent) conduce la mărirea sensibilității protecției.

După modul de realizare, există protecții diferențiale longitudinale și diferențiale transversale.

Curentul de pornire al protecției se determină cu relația:

Ipp = ksig⋅Idez.max.p

Idez.max.p = valoarea efectivă a curentului maxim de dezechilibru care poate apărea la un scurtcircuit exterior raportat, în unele cazuri, la primarul TC al protecției.

Idez.max.p=Idez.sc.ext.1=Isc32xεmax/100

Fig. 14. Schema electrică principială de protecție diferențială longitudinală a unui generator sincron.

GS- generator sincron;

Q- întrerupător;

BD- bobina declanșatorului;

TC1, TC2- transformatoare de curent;

F1- releu diferențial de curent;

K1- releu intermediar.

Protecția de distanță

Protecțiile de distanță se realizează cu relee de impedanță, care acționează la micșorarea impedanței circuitului protejat. Releele de impedanță funcționează pe principiul balanței, măsurând impedanța Z ca raportul U/I de la sursă la consumatori. În caz de scurtcircuit, tensiunea scade, curentul crește, deci Z scade. 

La aceste protecții reglajele de timp se stabilesc în funcție de impedanța până la locul defectului, permițând acționarea rapidă la valori mari ale curenților de scurtcirucit. Se elimină astfel dezavantajul protecțiilor maximale de curent temporizate. Ele asigură o bună selectivitate și o rezervă pentru protecțiile din aval. Sunt protecții complexe, care in ultima vreme se folosesc și in rețelele de medie tensiune.

Relee de protecție

Parametrii releelor de protecție caracterizează releele indiferent de tipul lor constructiv și se dau in cataloagele (prospectele) firmelor constructoare. Principalii parametri sunt: curentul nominal, tensiunea nominală, valoarea de acționare (pornire), valoarea de revenire, factorul de revenire, timpul propriu de acționare, puterea consumată, puterea comandată de contactele releului, numărul și poziția normală (inchis, deschis) a contactelor, stabilitatea termică și dinamică.

Clasificarea releelor se face după mai multe criterii:

după modul de conectare: primare, secundare (montaj indirect);

după modul de acționare: cu acționarea directă sau indirectă (prin intermediul altor relee sau dispozitive);

după principiul de construcție și functionare: electromagnetice de inducție, magnetoelectrice, electrodinamice, termice, electronice cu componente discrete sau cu microprocesoare;

după caracteristica de timp: dependentă sau independentă;

după forma caracteristicii de lucru: cerc, elipsă, histerezis, semiplan etc.

Proiectarea instalațiilor de protecție constă in alegerea (întocmirea) schemei de principiu pe baza schemelor tip prezentate anterior, calculul reglajelor, alegerea releelor și verificarea calităților instalației de protecție. Schema instalației de protecție depinde de echipamentele protejate (generatoare, transformatoare, motoare, linii, bobine, condensatoare) și de importanța (complexitatea) instalației (sistemului) protejate.

Protecții numerice

Instalațiile de protecție din relee au cunoscut mai multe etape de dezvoltare. S-au utilizat inițial relee electromecanice (termice, electromagnetice), care se folosesc și în prezent. Creșterea complexitatii instalațiilor și dezvoltarea tehnologică au făcut posibilă construirea releelor statice cu componente discrete, folosind elemente semiconductoare și traductoare, iar apoi cu circuite integrate. Acestea au permis îmbunătățirea performanțelor instalațiilor de protecție. În deceniul 8 o dată cu descoperirea microcomputerului s-au dezvoltat protecțiile numerice, care permit realizarea unor sisteme de protecție performante. Ele au fost utilizate mai întâi ca protecții de rezervă. În prezent se fabrică diverse tipuri de protecții numerice specializate (protecții de distanță) sau complexe multifuncționale, care echipează linii, transformatoare, motoare, generatoare.

Sisteme de protecție numerice

La conceperea și realizarea sistemelor de protecție numerice s-a avut in vedere rezolvarea următoarelor cerințe:

integrarea lor atât ca protecții separate in vechile instalații, cât și ca sisteme de protecție in sisteme computerizate;

realizarea unor interfețe care sa permită implementarea lor în orice tip de instalație;

achiziția și transmiterea datelor și semnalelor de la și către instalațiile protejate să se facă prin sisteme aliniate la standardele internaționale, fiind compatibile cu alte sisteme;

asigurarea competitivitatii economice cu sistemele clasice de protecție. In prima faza se utilizeaza transformatoarele de masura conventionale și sistemele de actionare asupra intreruptoarelor prin intermediul releelor de declansare.

Față de sistemele clasice de protecție au avantajul realizării unui număr important de funcții: achiziție, memorare și prelucrare, automatizare, monitorizare. Semnalele analogice primare care erau prelucrate direct de releele clasice de protecție sunt convertite in semnale tip binar. Numărul lor se reduce prin prelucrările parțiale locale efectuate de elementele componente ale sistemului numeric de protecție. Informația binară este prelucrată cu ajutorul unor programe care au la bază algoritmi și parametri (condiții) de reglare a protecțiilor.

Pentru asigurarea funcționării corecte a protecțiilor se folosesc diverse criterii: sensul de circulație a puterii reactive pe linie, controlul tensiunilor de fază și homopolare, calculul impedanței prin derivare sau integrare numerică. Se pot utiliza elementele R și X pentru calculul impedanței și argumentului , iar pentru creșterea preciziei, metoda reflectării impulsurilor.

Prelucrarea numerică a semnalelor achiziționate se face după algoritmi ce permit determinarea unor mărimi sintetice ca:

valorile efective, medii sau de varf ale U și I;

puteri active, reactive, aparente, defazaje, sau a unor mărimi complexe rezultate din analiza spectrală (de exemplu analiza Fourier), din descompunerea în sisteme de componente de succesiuni directe, inverse homopolare sau din descompunerea in sisteme de coordonate rectangulare (componente reale-imaginare) sau cilindrice.

Pe baza acestor principii au fost realizate baze de date care conțin biblioteci de funcții de protecție și biblioteci de programe.

Partea de hard a echipamentelor numerice de protecție fiind unitară și modulată, funcțiile de protecție se aleg in concordanță cu caracteristicile și importanăa echipamentului protejat, cu schema electrică a stației la care este racordat, cu topologia rețelei și cu cerințele tehnologice ale procesului. Se are in vedere existența sau nu a altor instalații de protecție analogică și numerică. Pentru creșterea siguranței in funcționare (fiabilității), sistemele numerice de protecție sunt prevăzute în cazul echipării agregatelor mari cu două sisteme de hardware paralele. Ele se completează reciproc, iar la defectarea unuia, celălalt rămâne in funcțiune. În plus aceste sisteme sunt prevăzute cu funcții de autotestare permanentă a stării elementelor protecției, cu diagnostic și alertare a personalului de exploatare, prin sistemele de supraveghere centralizată. Sunt concepute astfel incât utilizatorul sistemelor numerice de protecție să nu necesite cunoștințe de programare. Cu ajutorul calculatorului personal se pot regla valorile de pornire, parametrii caracteristici și temporizările protecțiilor. Se pot de asemenea asocia diferite tipuri de protecție pe canalele de intrare, repartizarea impulsurilor de declanșare a intreruptoarelor in sistem matriceal, coordonarea semnalelor binare interne și externe pentru asigurarea diferitelor funcții de blocare a funcționării protecțiilor sau a efectuării unor manevre.

Utilizarea microprocesoarelor la realizarea instalațiilor de protecție a permis imbunătățirea calității și unele facilități ale noilor sisteme:

fiabilitate ridicată, depanare usoara, autotestare;

flexibilitatea executării reglajelor prin algoritmi numerici de urmărire a evenimentelor in timp;

posibilități de arhivare a reglajelor și testelor de verificare; sistem de operare accesibil prin tastaturi locale sau cu PC;

execuție compactă, cu elemente de separare galvanică, protecție impotriva câmpurilor electromagnetice, posibilități de interconectare cu sisteme de supraveghere, comandă și control centralizat; cost de achiziție rezonabil prin facilitățile pe care le creează in cazul unei exploatări corespunzătoare.

Introducerea și dezvoltarea sistemelor numerice de protecție in sistemul energetic permite imbuntățirea funcționarii sistemelor de protecție in condițiile creșterii complexității evenimentelor.

Protecții numerice – schema bloc și fluxul de semnale .

MHC VĂLENII DE MUNTE – INSTALAȚII ELECTRICE DE AUTOMATIZARE ȘI PROTECȚIE

Date generale

Amplasare

MHC Vălenii de Munte face parte din amenajarea râului Teleajen fiind cuprinsă în digul frontal de închidere a polderului aval de CHE Vălenii de Munte.

Nodul hidroenergetic de la MHC Vălenii de Munte este amplasat imediat în aval de podul rutier Văleni-Drajna și se dezvoltă în lungul malului drept al râului Teleajen, pe aproximativ 700 m, urmând pe alți 300 m de canale (racordul canalului de la descărcător și golirea de fund cu canalul de fugă de la MHC) până la debușarea acestora în lacul ANAR, existent în aval (funcțional pentru alimentarea cu apă a municipiului Ploiești).

MHC Vălenii de Munte a fost prevăzută pentru calibrarea debitelor uzinate în cadrul întregii amenajări, astfel încât debitul restituit în râul Teleajen să fie constant 8 mc/s, Deasemenea, valorifică energetic căderea între nivelul creat în polderul Văleni (358,00 mdM9 și nivelul din lacul aval (352,35 mdM).

Lucrarea a fost proiectată în 1989 și executată în anii 90, cu excepția suprastructurii și acoperișului.

În conformitate cu legislația în vigoare la data execuției clasa de importanță a lucrărilor este, conform STAS 4273-83 clasa III (importanță medie), iar categoria de importanță este „C".

A.H.E. MÂNECIU – VĂLENII DE MUNTE

Încadrarea în sistem

Energia produsă de cele două grupuri generatoare asincrone de 160 kW la tensiunea de 0,4 kV, va fi evacuată în Sistemul local de 20 kV în LEA 20 kV Mătase.

Din LEA 20 kV Mătase s-a făcut:

un racord aerian, în lungime de 30 m, cu conductor OL-AL 50/8mmp, până la stâlpul cu separator STEPNo – 24 kV, 400 A, descărcătoare cu oxid de zinc și cutiile terminale ale cablurilor de 20 kV;

un racord subteran de 20 kV de circa 600 m cu 3 cabluri A2XSY 1x150mmp, între stâlpul de mai sus și postul de transformare de 630 kVA 20/0,4 kV, de evacuare a energiei produse în microhidrocentrală.

Schema de racordare la sistem a MHC .

Date caracteristice

Prevăzută inițial cu două hidroagregate EOS 1100, acestea au fost înlocuite cu alte două hidroagregate Kaplan cu axul înclinat, de generație nouă (fabricație CINK), tip AD4-80.

Turbina KAPLAN AD 4 – 80.

Prinicipalii parametrii caracteristici ai mașinilor sunt:

Nivel normal de retenție (NNR) 358,00 mdM;

Nivel aval (Nav) 352,35 mdM;

Căderea netă (Hnet) 5,50 m ;

Debit instalat (Qi) 2×4,0 mc/sec/grup;

Puterea la generator (P) 160 kW/grup.

Schema electrică monofilară

Schema electrică monofilară a postului trafo și a microhidrocentralei Vălenii de Munte prevede evacuarea energiei electrice produse de cele două generatoare, la tensiunea de 20kV, în linia Mătase – Vălenii de Munte.

Centrala este echipată cu două turbine Kaplan ce acționează fiecare câte un generator asincron ce poate debita la căderea și debitul maxim o putere de 160 kW, la tensiunea de 0,4 kV și turația de 750 rot./min, cu un factor de putere compensator de 0,9.

Fiecare generator debitează pe bara proprie de 0,4 kV din dulapul DCA, prin câte un cablu tip ACYY 3×240+120mmp.

Aparatura de protecție, măsură, comandă și distribuție aferentă generatoarelor este amplasată în dulapul DCA.

Fiecare generator este racordat printr-un cablu tip ACYAbYF 3×240+120mmp la bara de 0,4kV din tabloul de joasă tensiune din postul de transformare din exterior, la un circuit prevăzut cu separator și siguranțe fuzibile de 400 A.

Bara de 0,4 kV din tabloul de joasă tensiune din postul de trafo este racordată la transformatorul de 630 kVA 20/0,4 kV printr-un întreruptor automat de 0,4 kV, 1000 A.

Transformatorul este racordat la bara de 20 kV din postul de trafo prin:

o celulă de măsură, echipată cu transformatoare de măsură de curent și tensiune;

o celulă de transformator echipată cu separator de sarcină cu siguranțe fuzibile și cuțite de legare la pământ.

O celula de linie, echipată cu separator de sarcină și cuțit de legare la pământ, asigură legătura prin cabluri de 20 kV cu linia de evacuare a energiei produse în sistem.

Schema electrică monofilară a MHC.

Componența instalațiilor electrice de Ia MHC Vălenii de Munte

Echipamentele și instalațiile electrice ale centralei sunt:

două generatoare asincrone, cu ax orizontal, montat pe construcția metalică a turbinei și acționat printr-o curea plată, cu puterea de 160kW la tensiunea de 0,4kV, 750 rpm, cos φ = 0,838, η = 0,943 racordat în cabluri la dulapul DT;

un set de două dulapuri RG și DT cu echipamentele:

de protecție ale generatoarelor și ale circuitului de plecare spre sistemul energetic;

de alimentare a sistemului hidraulic de acționare a turbinelor;

de supraveghere și conducere cu automatul programabil (PLC) a procesului de funcționare a agregatelor turbină-generator.

cutia AK de alimentare a consumatorilor din centrală;

tabloul electric TE de alimentare a iluminatului și prizelor din centrală;

gospodăria de cabluri de 0,4kV din centrală;

instalația de legare la pământ a echipamentelor din centrală;

un post de transformare compact în anvelopă termoizolată din aluminiu tip ProStrong 630EA (cu acționare din exterior, pentru rețea radială) 20/0,4kV prin care se alimentează consumatorii din centrală și prin care se evacuează energia produsă în sistemul energetic local;

gospodăria de cabluri de 0,4kV dintre postul trafo și echipamentele din centrală și circuitul de cabluri de 20kV de racordare la sistem;

instalația de legare la pământ a postului de transformare.

Dispoziția echipamentelor electrice

Echipamentul electric este amplasat:

în exteriorul centralei pe digul frontal al polderului Vălenii de Munte;

în interiorul centralei.

În exteriorul centralei, la circa 3m de peretele din dreapta al centralei, pe coronamentul digului frontal al polderului s-a amplasat postul trafo de evacuare a energiei produse în centrală și de alimentare a consumatorilor când centrala nu funcționează.

Postul trafo este amplasat cu partea de 0,4kV spre centrală, cu cablurile de racord pozate între el și centrală în canal de cabluri betonat.

În interiorul centralei sunt amplasate:

cele două microhidroagregate turbină Kaplan-generator asincron ;

pe platforma de montaj:

– dulapurile de forță și automatizare ale agregatelor RG-DT;

– cutia de alimentare AK a consumatorilor electrici din centrală;

– cutia TE de alimentare a iluminatului și prizelor din centrală.

sub platforma de montaj, sunt amplasate cele două grupuri de ulei sub presiune, lângă scara de acces;

spre peretele aval, în dreptul bazinului de colectare a apelor de scăpări sunt montate pe un suport metalic cutiile de alimentare și automatizare a pompelor de evacuare a apelor din bazin.

Legătura între microhidroagregate, dulapurile RG-DT, grupurile de ulei sub presiune, aparatele ce deservesc microagregatele și cu postul trafo se face în cabluri de 0,4kV și de semnalizare, pozate pe rastele metalice de cabluri. Rastelele de cabluri sunt fixate pe pereții laterali ai centralei.

Generatorul asincron

Destinație și componență

Generatoarele asigură transformarea energiei mecanice produse de microturbinele Kaplan, în energie electrică.

Acționarea generatorului asincron se face printr-o curea plată montată între roata montată pe axul generatorului și roata montată pe axul rotorului turbinei.

Generatorul este un motor asincron cu rotorul în scurtcircuit și este montat pe un suport metalic ancorat în masivul de beton al turbinei.

Generatorul este format din:

carcasa metalică exterioară cu:

– nervuri pentru o răcire mai bună;

– tălpile de fixare pe suport;

– două urechi de prindere pentru ridicare la montaj;

– suportul și cutia de borne

– scuturile ce servesc la montarea rulmenților, închiderea spațiului mașinii și asigurarea circuitului de ventilație:

scutul de tracțiune (spre care s-a montat roata cu diametrul necesar multiplicării turației turbine, rotită de curea) cu caseta rulmentului închisă cu capac, rulmentul și labirinții de etanșare și ungătoarele cu bile;

scutul suport exterior, cu caseta rulmentului închisă cu capac, rulmentul și labirinții de etanșare și ungătoarele cu bile;

capota de închidere a ventilatorului;

statorul generatorului (miezul statorului, înfășurările și legăturile la cutia de borne, bornele și cutia de borne);

sistemul de control termic cu termorezistente;

rotorul se compune din arbore, pachetul de tole rotor, înfășurarea în

scurtcircuit și ventilatorul;

sistemul de ventilație și răcire In sistem deschis cu un ventilator din aluminiu montat pe partea opusă roții de antrenare.

Caracteristici tehnice

Generatorul asincron este un motor asincron trifazat:

Generatorul asincron GA 1L 355M2-8.

Dulapurile electrice cu echipamentele de automatizare și protecție

Destinație și componență

Dulapurile electrice din furnitura microhidroagregatelor turbină Kaplan – generator asincron sunt:

RG cu echipamentele:

– de protecție a circuitului de legătură cu postul trafo ;

– cu circuitul de protecție la supratensiuni (cu descărcătoare);

– cu bateriile de condensatoare de compensare a factorului de putere;

– cu protecțiile barei de 0,4kV;

– cu analizorul de rețea electrică și automatul programabil (PLC).

Pe ușa dulapului RG sunt ecranele analizorului de rețea și panoul operator pentru sistem.

DT1 + DT2 cu echipamentele:

– de protecție, comandă și automatizare prin automat programabil (PLC) a fiecărui agregat: turbină, generator, grupul de gresare a lagărelor turbinei;

– instalația de măsură a temperaturii generatorului, analizorul rețelei electrice (prezență tensiune 0,4kV, pe bară).

Pe ușa dulapului DT1+DT2 sunt ecranele analizorului de rețea și panoul operator al fiecărui grup și butonul de oprire de avarie a grupului.

Dulapurile RG și DT1+DT2.

Analizorul de rețea și panoul operator grup.

GUP 1 + 2.

Caracteristici tehnice

Dulapul RG este echipat cu:

un separator tripolar cu siguranțe fuzibile de 630 A (FU1) pe circuitul de racord la postul trafo;

trei transformatoare de curent 600/5 A (TA1-K3);

două separatoare tripolare cu siguranțe fuzibile de 80 A (FU3, FU4) înseriate cu câte un contactor tripolar (KMK4, KMK5) pe două baterii de condensatoare trifazate, de 20 kVar legate în paralel;

un separator tripolar cu siguranțe fuzibile (FLJ2) de 63 A la care se leagă în paralel trei baterii de condensatoare trifazate de 5,10 și 20 kVar legate în paralel, pe fiecare baterie fiind montat un contactor tripolar (KMK1, KMK2, KMK3);

un separator tripolar cu siguranțe fuzibile (FU5) pe alimentarea consumului propriu și pe descărcătoarele de protecție la supratensiuni atmosferice a barei de 0,4 kV;

doi întreruptori tripolari FA 21 și FA 22 de 16 A pe alimentările tablourilor de distribuție din dulapul DT1 și DT2;

un întreruptor tripolar FA 23 de 6 A pe alimentarea analizorului A3 a rețelei de evacuare a energiei;

întreruptorul FA 24 de 6 A pe alimentările ventilatorului și încălzirii dulapului;

întreruptorul FA 26 de 6A, de alimentare cu punți redresoare GU 1 de 220Vca/24Vcc, 5A de alimentare a UPS 24Vcc/6 A, GU 2, în paralel cu două baterii GB1 și GB2, 12V, 7,2Ah înseriate;

releul de tensiune, frecvență F1.

Dulapul DT este echipat cu:

2 întreruptoare tripolare 1QF1 și 2QF1

– tip NS 630;

– curent nominal 630 A;

– tensiunea nominală 3 x 400 V, 50 Hz;

– acționare manuală și cu motor 220V, 50Hz.

6 transformatoare de curent 300/5 A (1TA1-3 și 2TA1-3);

2 analizoare de rețea pentru fiecare hidroagregat câte unul (1A3 și 2A3);

câte un întreruptor 1FS și 2FS înseriate cu câte un contactor 1KM și 2KM pe alimentarea agregatelor hidraulice de acționare a turbinelor;

6 întreruptoare de 6A:

– 1FA1, 2FA1 de alimentare a punților redresoare 220Vca/24Vcc;

– 1FA2, 2FA2 pe tensiunea de comandă;

– 1FA3, 2FA3 pe prizele de serviciu din dulap.

releele 1A6 și 2A6 de citire a turației:

– relee de turație 1SQ51 și 2SQ51 ale generatoarelor;

– relee de turație 1SQ41 și 2SQ41 ale turbinelor.

releele 1A7 și 2A7 de citire a temperaturilor de pe punctele de măsură de pe generatoare și turbine;

releele 1A1.1 și 2A1.2 de poziții pale rotor turbină.

Consumul propriu de curent continuu este asigurat dintr-o baterie și un redresor prevăzute în dulap, redresorul fiind alimentat de pe bara de 0,4kV a unui grup.

Consumatorii proprii de curent alternativ ai grupurilor sunt alimentați de pe bara de 0,4kV ai aceluiași grup.

Date de exploatare șl regimuri de funcționare

Conducerea centralei se face cu automate programabile cu microprocesor (PLC) la care sunt legate elemente de automatizare și de protecție de pe agregate cu monitorizarea funcționării și comunicație cu personalul de supraveghere.

Subansamblele comandate: turbina cuplată cu generatorul asincron prin multiplicator de turație, paletele turbinei acționate hidraulic de către grupul de ulei sub presiune și circuitele de forță de joasă tensiune, funcționeză ca un tot unitar.

Generatorul asincron funcționează în paralel cu rețeaua electrică zonală, neputând funcționa izolat.

Cele trei regimuri de funcționare ale micohidrocentralei condusă de calculator (PLC) sunt:

funcționarea automată cu supraveghere periodică;

regimul de funcționare cu acționare manuală și posibilitate de trecere pe funcționare automată;

regimul de probe și verificări (service) la reparații sau. la lucrări de mentenență la componentele agregatelor și este permis doar personalului special pregătit.

În regim automat sistemul de comandă asigură pornirea, cuplarea la rețea, reglajul în funcție de nivelul de apă și oprirea automată în cazul apariției unui defect.

În regimul manual personalul poate comanda reglarea diferitelor componente (pale turbină, cuplarea la rețea). Reglajul după nivelele de apă este scos din funcțiune , urmărindu-se doar nivelele de apă maxim și minim, depășirea acestora oprind agregatul.

La comutarea pe automat, comanda agregatului trece în regim cu reglaj funcție de nivelele de apă.

În regimul de probe, măsurări, reglări și reparații (service) permite comanda individuală a fiecărui element al centralei de pe panoul operator de personalul pregătit și cunoscător al parolei, pentru deblocare.

Avarii

Este considerată de sistemul de comandă avarie, când se modifică caracteristicile inițiale sau valoarea unei mărimi depășește plaja reglată.

Acestea sunt:

semnalizare fără oprire agregat;

semnalizare cu oprire agregat, fără intervenție personal;

semnalizare cu oprire agregat, cu intervenție personal.

Oprirea agregatului este comandată urmându-se procesul normal de oprire.

La scurtcircuit sau suprasolicitare agregat și la semnalizări protecții, se deconectează generatorul de la rețea și apoi se închide turbina.

Cutia de alimentare a consumatorilor electrici din centrală

Alimentarea consumatorilor electrici din centrală (pompele de epuismente, podul rulant, etc.) se face din cutia AK, amplasată la nivelul platformei de montaj pe peretele din stânga al centralei.

Cutia AK este racordată printr-un cablu de cupru de 3×35+16 mm2 la circuitul din postul trafo, protejat cu siguranțe fuzibile montate pe un separator tripolar de 100 A.

Cabluri de 20 kV și 0,4 kV

Legăturile dintre :

hidrogeneratoare și dulapurile DT se face în cabluri trifazate de 0,4 kV din aluminiu 3×120 +70 mm2 , câte 2 pe agregat;

dulapul RG și postul trafo se face cu 2 cabluri trifazate de 0,4 kV din

cupru 3×150 +70 mm2;

cutiile de alimentare AK și TE și postul trafo în cabluri trifazate de

cupru 3×35 +16 mm2;

postul trafo și căminul de racordare la linia electrică subterană Mătase se face în 3 cabluri monofazate 12/20 kV de 150 mm2.

Instalația de legare la pământ

Pentru protecția personalului de exploatare și de intervenție, s-a realizat o instalație de legare la pământ complexă formată din :

instalația de legare la pământ din centrală, formată din centura principală din bandă de oțel zincat de 40×4 mm, legată la conductele metalice ale circuitelor hidraulice ale grupurilor și la armătura metalică a construcției centralei. Rezistența prizei trebuie să fie < 4 ohmi;

instalația postului trafo formată din instalația interioară a postului trafo cu racorduri prevăzute în fundație pentru legarea la priza exterioară.

Priza exterioară este formată din trei contururi unu la 0,3 m de fundație și 0,3 m adâncime; altul la 0,5 m de fundație și 0,6 m adâncime și al treilea la 0,7 m de fundație și 0,9 m adâncime, sudată de 4 electrozi verticali (ultimul contur fiind îmbrăcat în bentonită) și un contur închis în jurul postului legat la priza centralei. Contururile exterioare sunt legate între ele pe diagonală.

Electrozii orizontali sunt din bandă de oțel zincat de 40×6 mm iar electrozii verticali din țeavă de oțel de 2,5 țoii și lungime de 3 m.

Instalația de legare la pămant.

Legendă:

● Electrod vertical din țeava de oțel cu d=2,5 țoli și l=3m;

Electrod orizontal din banda de oțel zincat de 40x5mm;

Cilindru d=60cm din bentonită gel în jurul electrozilor verticali;

Pat din bentonită gel de 40x30cm în care este inglodat electrodul orizontal.

Postul de transformare

Destinație și componență

Postul de transformare 20/0,4 kV, amplasat lângă centrală, asigură :

evacuarea energiei produse la tensiunea de 0,4 kV de grupurile din centrală prin transformare la tensiunea de 20 kV;

alimentarea consumatorilor din centrală când nici un grup nu este în funcțiune.

Postul de transformare este de tip compact în anvelopă termoizolată din aluminiu tip ProStrong 630 EA (cu acționare din exterior, pentru rețea radială) 20/0,4 kV și este împărțit în trei compartimente :

A. Compartimentul cu echipamentul de medie tensiune de 20 kV, cu tablou modular, extensibil, cu căile de curent în aer și comutație în tanc SF6 tip SM6-IM 375 QM 375 -24 kV, 630 A, 16 kA, format din:

celulă de linie IM 375 echipată cu separator de sarcină și separator de punere la pământ și indicator capacitiv de punere la pământ;

celulă de protecție trafo QM echipată cu separator de sarcină combinat cu siguranțe fizibile tip EMPA 20-40, I ft,zibii = 40 A, 24 kV, separatoare de punere la pământ amonte și aval, bobină declanșare la 220 V c.a., indicator capacitiv de punere la pământ;

celulă de măsură MTES-01-M-24-20-R echipată cu 3 transformatoare de tensiune cu siguranțe de medie tensiune incluse, 20/V3/0,1/V3 kV și 3 transformatoare de curent 20/5 A cl. 0,5;

indicator de scurtcircuit mono și polifazat tip FLAIR 22D cu autoalimentare și cu lampă de semnalizare montată pentru vizualizare din exterior;

comparator faze cod 51191954FA.

B. Compartimentul transformatorului uscat cu izolație în rășină 630 kVA, 20/0,4 kV, Dyn – 5, echipat cu centrală electronică pentru controlul temperaturilor, sursă UPS pentru alimentare centrală electronică;

C. Compartimentul de joasă tensiune cu întreruptor NS 1000 N, debroșabil, cu acționare manuală și electrică cu motor, cu sosire de la dulapul RG cu separatori verticali cu siguranțe MPR – 630 A, plecări la consumatori cu separatori verticali cu siguranțe MPR – 100 A, modul alimentare și protecție circuite auxiliare (iluminat, prize, încălzire, protecție, interblocare). Loc montaj contor, în nișă securizată, cu geam transparent, cu acces din exterior.

Caracteristici tehnice

Caracteristicile tehnice nominale sunt conforme cu IEC 1330:

condiții de mediu CEI :

temperatură aer – 35°C – +40°C;

viteză vânt (fară gheață) la h < 1 Om, 34m/sec;

presiune vânt 750 N/m;

umiditatea relativă (la 20°C) 100%;

încărcarea maximă pe acoperiș 2500N/mm2;

condiții seismice accelerația la nivelul solului 0,5g;

categoria de incendiu A;

gradul de rezistență la foc II;

linie de fugă specifică pentru zonă cu gr. II de poluare ≥ 25 mm/1 kV;

gradul de protecție a postului IP 45.

tensiunea nominală:

medie tensiune 24 kV;

joasă tensiune 0,4 kV.

tensiunea nominală de ținere :

la frecvența industrială de 50 Hz (1 min) a circuitelor

principale de medie tensiune 50 kV;

la unda de impuls de trăsnet a circuitelor principale de medie tensiune 125 kV (val. de vârf).

tensiunea nominală de ținere a circuitelor principale de joasă tensiune:

la frecvență industrială 50 Hz (1 min)

– între fază și pământ 10 kV (val. de vârf);

– între faze 4 kV (val. de vârf).

la unda de impuls

– între fază și pământ 20 kV (val. de vârf);

– între faze 8 kV (val. de vârf).

tensiunea nominală de lucru a circuitelor auxiliare de joasă tensiune:

– de iluminat 230 V;

– de protecție 230 V;

– alte echipamente 230 V.

tensiunea nominală de izolație a circuitelor auxiliare de joasă tensiune:

– de iluminat 250 V;

– de protecție 250 V;

– alte echipamente 250 V.

tensiunea de ținere la frecvența industrială 50 Hz (1 min) a circuitelor auxiliare de joasă tensiune 1 kV.

curent nominal : – la medie tensiune 630 A;

– la joasă tensiune 1000 A.

curent limită termic nominal (de scurtă durată 1 sec) :

– la medie tensiune 16 kA;

– la joasă tensiune 40 kA;

– circuite de legare la pământ 16 kA.

curent de stabilitate dinamica – circuite medie tensiune 40 kA;

arc electric liber 16 1<A/0,1 s;

putere post 630 kVA;

clasa nominală a amvelopei 10;

gradul de protecție anvelopă IP 45;

nivel de zgomot admis 45,6 dB;

instalație de legare la pământ interioară din platbandă de OLZn 40×5 mm la care sunt racordate părțile metalice ale celulelor și tabloului de joasă tensiune, nulul trafo, nulul transformatoarelor de măsură, ecranele metalice și armăturile cablurilor, anvelopa termoizolantă, îngrădirile de protecție, ușile, suporții;

iluminat intern cu pornire ia deschiderea ușilor de acces;

priză de 16 A cu nul de protecție în compartimetul de joasă tensiune;

contorul electronic de măsură a energiei electrice produse și consumate în centrală și postul trafo.

Postul trafo este permanent sub tensiune asigurând alimentarea consumatorilor din centrală când microhidroagregatele nu sunt pornite și evacuarea energiei când acestea sunt în funcțiune.

POST TRAFO 630kVA; 20/0.4kV;

Schema electrică monofilară.

Sistemul de automatizare și funcționare

Funcționarea centralei se face pe baza softului din calculatorul de proces elaborat de furnizorul agregatului.

Sistemul de control și automatizare asigură supravegherea în timp real a tuturor parametrilor de proces necesari funcționării microhidroagregatelor, iar pe baza unui algoritm digital de prelucrare generează semnalizările și comenzile automate ce se impun funcție de starea instalației.

Sistemul este de tip distribuit, fiecare microhidrogenerator este echipat cu propriul sistem de automatizare.

Sistemul de automatizare asigură fiabilitate și siguranță în exploatarea fără personal a microhidrocentralei, el extrage valoarea instantanee a mărimilor electrice și mecanice de funcționare a hidroagregatelor, iar în baza algoritmilor de funcționare bine stabiliți efectuează comenzile automate necesare bunei funcționări a instalației. Echipamentul trebuie să răspundă corect la toate regimurile de funcționare, mai ales la cele dinamice-tranzitive cum ar fi : conectarea / deconectarea la rețea a hidrogeneratorului sau aruncare de sarcină ; în același timp, nu trebuie să producă șocuri electrice sau hidraulice.

Instalația realizează principalele funcții necesare funcționării unui microhidroagregat :

automatizare proces;

măsură turație generator;

conectare automată la rețea;

protecție la supraturație;

control termic și protecție la supratemperatură;

control deschidere aparat director.

Sistemul de automatizare implementat permite gestionarea tuturor informațiilor preluate de la senzorii de proces, prelucrarea acestora și comanda elementelor de execuție.

Implementarea controlului cooperativ la nivelul algoritmilor de comandă din automatele programabile a adus funcționarea optimă a centralei fără pierdere de apă tehnologică; practic toată apa a fost uzinată.

La nivelul instalației sunt implementate următoarele protecții electrice :

protecție minimă tensiune;

protecție supratensiune;

asimetrie;

succesiune faze;

putere inversă (motor) – protecții funcționale la nivel de bară și la nivel de generator.

Protecția electronică integrată întrerupătorului de grup integrează următoarele funcții :

maximală de curent de lungă durată;

maximală de curent de scurtă durată;

maximală la curent de impuls.

Pe ușa dulapului RG panoul operator servește la reglarea parametrilor și monitorizarea stărilor de funcționare și avarie a MHC și afișează pe ecrane datele măsurate și reglate (puteri, nivele apă, temperaturi).

Pe ușa dulapului DT1+DT2 panoul operator servește la reglarea parametrilor și monitorizarea stărilor de funcționare și avarie a fiecărui agregat și afișează pe ecrane datele măsurate și reglate (puteri, nivele apă, temperaturi, regim de funcționare, comenzi și istoric evenimente).

Panourile operator permit vizualizarea online a stării echipamentelor, oferă date necesare conducerii operative și permit modificarea parametrilor de proces.

Schema bloc automatizare.

Diagrama de distributie.

Bloc analizor automatizare PLC.

Circuite principale de protecție pe grup.

Circuite secundare de protecție pe grup.

Schema logică a protecției maximale de tensiune de protecție este reprezentată mai jos:

Structura unui sistem de conducere cooperativ.

De la data P.I.F. ( 2008 ) și până în prezent sistemul nu a necesitat nici o intervenție de mentenanță, centrala funcționând fără personal de exploatare.

Protecția mediului

Intrarea în exploatare a polderului și a MHC Vălenii de Munte a condus la diminuarea suplimentară a debitului pe; prin polder va fi tranzitat exclusiv debitul uzinat în centrala hidroelectrică situată imediat în amonte.

Apariția polderului și punerea în funcțiune a MHC-ului nu a modificat calitatea actuală a apelor Teleajenului.

Trebuie să subliniem faptul că apa din polder provine practic în totalitate din sectorul amonte al râului așa încât poate constitui fară probleme sursă de apă potabilă pentru consumatorii din aval.

Emisii în atmosferă

Producerea de energie electrică într-o microhodrocentrală, deci din sursă nepoluantă, regenerabilă, nu va conduce la apariția de poluanți care să fie evacuați în atmosferă.

Având în vedere că MHC-ul funcționează fără personal de exploatare, clădirea centralei nu este încălzită așa încât nu există potențiale surse de poluare.

Ținănd cont de suprafața foarte mică a acumulării, nu se pune problema creșterii umiditățiii aerului în zona imediat înconjurătoare, așa încât nu se va produce nici-o modificare a microclimatului local. Nu există surse de încălzire centralei.

Alimentarea cu apă, efluenți tehnologici și menajeri, sistemul de canalizare al apelor pluviale

Producerea de energie electrică într-o microhidrocentrală, din sursă nepoluantă, regenerabilă, nu conduce Ia apariția de poluanți care să fie evacuați în apă.

Cele două hidroagregate sunt acționate cu o instalație centralizată de ungere cu vaselină, așa încât nu se pune problema apariției unor pierderi accidentale de ulei în apele Teleajenului.

Având în vedere că MHC – ul funcționează fără personal de exploatare nu au fost prevăzute nici surse de alimentare cu apă potabilă și nici grupuri sanitare și implicit rețea de canalizare.

Zgomotul și vibrațiile

În perioada funcționării microhidrocentralei, zgomotul generat de hidroagregate va fi receptat doar în interiorul acesteia.

Având în vedere caracteristicile celor două hidroagregate, este puțin probabil ca zgomotul generat să depășească limitele normate prevăzute în legislația în vigoare.

Efecte potențiale ale activității de pe amplasament

Postul de transformare PT 20/0,4 kV amplasat pe coronamentul digului este un transformator uscat, așa încât nu se pune problema apariției unor poluări accidentale ale solului.

Efecte potențiale ale activităților învecinate

Cu excepția stației de tratare din aval, în zona imediat învecinată acestei trepte nu există alte activități productive.

SITUAȚIA DE PERSPECTIVĂ

La nivel european se estimează un potențial tehnic de 1070 TWh/an, exploatat la ora actuală în proporție de doar 45 % .

În România potențialul hidroenergetic al râurilor este ridicat, în amenajări de mare putere și de mică putere (sub 10 MW/unitate), cu următoarea repartiție:

amenajări de mare putere: 34000 GWh/an;

amenajări de mică putere: 6000 GWh/an.

Există posibilitatea realizării unui număr mare de amenajări pentru producerea energiei electrice, prin valorificarea potențialului hidroenergetic al râurilor interne ale României:

unități hidroelectrice artizanale (CHA), cu o putere instalată totală de 230 MW și un potențial energetic mediu de circa 250 GWh/an;

microhidrocentrale (MHC), cu o putere instalată de peste 600 MW și o producție de energie electrică de 750 GWh/an;

unități hidroelectrice de mică putere (CHEMP), cu o putere instalată totală de 1400 MW și producerea unei cantități de energie electrică de 3000 GWh/an .

Este cunoscut faptul că în general 60 % din costul inițial al unei MHC îl constituie cheltuielile pentru realizarea barajului de acumulare. Având însă în vedere Ordinul nr. 1342 din 15 octombrie 2009, emis de Ministerul mediului, pentru aprobarea Ghidului de finanțare a programului privind producerea energiei din surse regenerabile: eoliană, geotermală, solară, biomasă și hidro, publicat în Monitorul Oficial nr. 730 din 28 octombrie 2009, credem că problema finanțării noilor amenajări hidroelectrice de mică putere va fi rezolvată într-un viitor cât mai apropiat.

BIBLIOGRAFIE

1. * * * RET Screen International, http://www.retscreen.net/

2. Cârlea, F., Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate, Ministerul Industriei și Resurselor, 2003.

3. * * * www.ucmr.ro .

4. * * * A micro-hydro program for Romania. Nottingham Trent University, Anglia, 1993.

5. Smith, N.P.A. ș.a. Directly coupled turbine-induction generator systems for low cost micro-hydro power.

6. Bell, P. A, Smith, N.P.A Increasing the efficiency of stand-alone self excited induction generators for micro-hydro electric schemes.

7. Firoiu, R. Partea electrică a CHEMP/MHC. MEE – CPL, București, 1982.

8. Bejan, I., BaJaban, G. Automatizări și telecomenzi în electroenergetică, EDP, București, 1974.

BIBLIOGRAFIE

1. * * * RET Screen International, http://www.retscreen.net/

2. Cârlea, F., Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001 și realitate, Ministerul Industriei și Resurselor, 2003.

3. * * * www.ucmr.ro .

4. * * * A micro-hydro program for Romania. Nottingham Trent University, Anglia, 1993.

5. Smith, N.P.A. ș.a. Directly coupled turbine-induction generator systems for low cost micro-hydro power.

6. Bell, P. A, Smith, N.P.A Increasing the efficiency of stand-alone self excited induction generators for micro-hydro electric schemes.

7. Firoiu, R. Partea electrică a CHEMP/MHC. MEE – CPL, București, 1982.

8. Bejan, I., BaJaban, G. Automatizări și telecomenzi în electroenergetică, EDP, București, 1974.