Alimentarea cu Energie Electrica a Unei Zone de Consum Rural

UNIVERSITATEA VALAHIA TÂRGOVIȘTE

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ

SPECIALIZAREA ENERGETICĂ INDUSTRIALĂ

LUCRARE DE DIPLOMĂ

Conducător științific

Conf. Dr. Ing. Otilia Nedelcu

Student:

MANEA M. GHEORGHE

TÂRGOVIȘTE

~ IULIE 2016 ~

Alimentarea cu energie electrică a unei zone de consum rural care cuprinde consumatori casnici si terțiari

PREFAȚĂ

Problemele energetice au devenit o preocupare generală a lumii contemporane. A face economie de energie și de combustibili ca și să crești eficiența folosirii acestora, este unul din țelurile principale și prioritare ale societății pe planul de dezvoltare durabilă în direcții economico – sociale.

Sistemul electroenergetic românesc ca un ansamblu s-a realizat în anul 1958, punându-se împreună sistemele locale care existau la acel moment. În circa 30 de ani, numărul stațiilor de transformare de 110 – 400 kV s-a mărit de peste 10 ori, iar puterea instalată în aceste stații a crescut de peste 13 ori.

Instalațiile, din punct de vedere al concepțiilor de realizare ca și de exploatare, care există in România și care au fost realizate in perioade diferite ale dezvoltării economice nu mai reprezintă soluții care să fie în acest moment actuale.

Soluția care a fost găsită pentru a face o compensare parțială a efectelor negative tehnico-economice, datorate existenței echipamentelor neperformante și care nu sunt sigure în exploatare, a fost adoptarea unor scheme de conexiuni mai complicate în raport cu practica din alte țări.

Reglementările și standardele din România în conformitate cu cele internaționale, ca și noile tehnologii utilizate pentru echipamentele electrice impun noi cerințe de proiectare și construcție a stațiilor electrice precum și modernizarea stațiilor electrice care exista la acest moment, tinând cont și de impactul asupra mediului.

Gradul de complexitate ca și creșterea puterilor instalate la consumatorii industriali, cerința absolută de reducere a consumului de energie, asigurarea producției de calitate și bine înțeles competitivitate pe piață, reprezintă aspecte importante de care trebuie ținut cont în condițiile actuale.

Sistemul Electroenergetic Național trebuie să asigure alimentarea fără întrerupere cu energie electrică pentru orice tip de consumator, ceea ce constituie obiectivul principal, dar în același timp trebuie respectate condițiile impuse de standarde și reglementări energetice referitoare la proiectare, construcție, exploatare și mentenanță în ceea ce privește rețelele electrice. Instalațiile ce constituie sistemul electroenergetic trebuie să corespundă cerințelor tehnico- economice din normele naționale și internaționale în vigoare.

CAPITOLUL 1

AMPLASAMENTUL ȘI PARAMETRII ENERGETICI AI ZONEI DE CONSUM.

INSTALAȚIILE ELECTRICE EXISTENTE ÎN ZONA DE AMPLASAMENT A ZONEI DE CONSUM.

Amplasamentul zonei de consum

Zona de consum rural, ce cuprinde consumatori casnici si terțiari, este amplasată în localitatea Loloiasca, Judetul Prahova.

În această zonă există, un proiect de alimentare cu energie a consumatorilor, dar care nu mai este valabil, deoarece numărul consumatorilor a crescut de la data întocmirii proiectului, totodată crescând și puterea instalată a acestora.

Acest proiect de alimentare este necesar datorită faptului că liniile de alimentare cu energie electrică a consumatorilor precum și transformatoarele de putere din zona sunt supraîncărcate, fapt ce aduce cu sine și pierderi de putere și energie ridicate care vor face, în timp ca ele să devină ineficiente.

Caracteristicile energetice ale zonei de consum

1.2.1. Caracteristicile energetice furnizate în datele de proiectare

În instalațiilor electrice, sarcina electrică este o mărime ce caracterizează consumul de energie electrică. Mărimile utilizate cel mai frecvent sunt puterea activă P, reactivă Q, aparentă S și curentul I.

Puterea instalată, este suma puterilor instalate a unui consumator de energie electrică. Totalul puterii active, respectiv aparente instalate, se calculează folosind relațiile:

și (1.1)

unde:

Pik = puterea activă instalată pentru receptorului k și se calculează pentru receptoarele caracterizate prin puterea activă, aplicând relația:

(1.2)

unde: Pnk = puterea activă nominală a receptorului k;

DAn = durata relativă de acționare nominală.

Factorul de putere mediu obținut fără compensare este cos φ = 0,85, fiind situat sub cel neutral se impune implementarea unei instalații de compensare a puterii reactive.

Timpul de utilizare a puterii maxime Tmax = 4200 h/an reprezintă timpul convențional în cazul in care consumatorul ar funcționa la putere maximă, acesta ar absorbi acieași cantitate de energie electrică ca și în cum ar funcționa după graficul real de sarcină într-un interval T. Acesta este stabilit estimativ în faza de proiectare condiționat de specificul unităților consumatoare și a proceselor tehnologice realizate de aceasta. Pentru o bună funcționare economică, timpul de utilizare a puterii maxime să fie egal cu timpul T, pentru aplatizarea curbei de consum (eliminarea golurilor și vârfurilor de sarcină).

Continuitatea în alimentarea cu energie electrică este rezultatul calculelor de fiabilitate, prin care se determină indicatorii următori:

durata maxima de restabilire a alimentării cu energie electrică;

durata totală medie de întrerupere pe an.

Durata totală medie de întrerupere admisibilă, în cazul de față de 24 ore.

Numărul căilor de alimentare cu energie electrică, cerut de consumator in funcție de necesitățile acestuia, este de o cale de alimentare fară rezerva.

În următorii 10 ani, ținând cont de evoluția sarcinii, în interiorul zonei de consum, nu se prevăd modificări ale puterii maxime absorbite.

1.2.2 Determinarea mărimilor electrice de calcul ale zonei de consum

1.2.2.1 Puterea de calcul

Pi = puterea activă instalată în zona de consum.

Pentru determinarea puterii reactive de calcul se folosește relația:

(1.5)

kVAr

unde: Qc = puterea reactivă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

Pc = puterea activă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

cos φc = factorul de putere cerut.

Cunoscând Pc și Qc, se poate determina puterea aparentă totală de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum:

(1.6)

kVA

unde: Sc = puterea aparentă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

Qc = puterea reactivă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

Pc = puterea activă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

1.2.2.2 Energia de calcul

Cunoscând puterile, activă și reactivă, absorbite de consumatorii din zona de consum, se poate calcula energia activă și reactivă de calcul în funcție de timpul de utilizare a puterii maxime cu relațiile:

(1.7)

kWh

unde: Wa = energia activă de calcul;

Pc = puterea activă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

Tmax = timpul de utilizare a puterii maxime.

(1.8)

kVArh

unde: Wr = energia reactivă de calcul;

Qc = puterea reactivă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

Tmax = timpul de utilizare a puterii maxime.

t = numărul de ore dintr-un an.

1.2.2.3 Puterea medie de calcul

Puterea medie o putere constantă în timp, ce poate consuma o cantitate de energie echivalentă cu cea reală.

Puterile, activă, reactivă și aparentă medie pot fi calculate, folosind valorile energiilor active și reactive de calcul, in următoarele relații:

(1.10)

kW

unde: Pmed = puterea activă medie;

Wa = energia activă de calcul;

t = numărul de ore dintr-un an.

(1.11)

kVAr

unde: Qmed = puterea reactivă medie;

Wr = energia reactivă de calcul;

t = numărul de ore dintr-un an.

(1.12)

kVA

unde: Smed = puterea aparentă medie;

Qmed = puterea reactivă medie;

Pmed = puterea activă medie.

Între valorile caracteristice ale puterii active instalată, de calcul și medie, există relația de inegalitate:

(1.13)

Coeficientul de utilizare a puterii maxime aparente sau coeficientul de umplere se obține printr-un raport direct intre puterea aparentă medie la puterea aparentă de calcul:

(1.14)

1.2.2.4 Curentul de sarcină la tensiunile de 20 respectiv 0.4 kV.

Curentul de sarcină este calculat în funcție de tensiunea nominală a rețelei și de puterea aparentă de calcul:

(1.15)

A

A

unde: Sc = puterea aparentă de calcul absorbită de consumatorii din zona de consum;

Un = tensiunea nominală a rețelei.

Conform PE 124/95 marii consumatori sunt clasificați in funcție de sarcina de durată absorbită (calculată) în punctele distincte de delimitare în patru clase, consumatori de categoria A, B, C, D.

Conform PE 124/95 pentru o putere aparentă absorbită Sc = 0.1 MVA consumatorul este de clasă D.

Alimentarea cu energie electrică a zonei de consum va fi făcută in funcție de treptele de tensiune specificate în tabelul de mai jos.

Alegerea tensiunii de alimentare și a treptei de tensiune optime va fi făcută pe baza calculelor tehnico – economice.

Tabelul 1.1

CAPITOLUL 2

STABILIREA SOLUȚIILOR POSIBILE DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ A ZONEI DE CONSUM

mediu, respectivinumărul maxim de întreruperiiși durata medie, respectividurata maximă a uneiiîntreruperi, pe o perioadăideterminată de timp.

Realizareaiindicatorilor de fiabilitate presupuneiîn principal asigurarea următoarelor măsuriiîn activitățile de proiectare șiiexploatare a instalațiilorielectrice:

stabilireainumărului căilor și surselor deialimentare cu energie electricăia unui consumator, ia schemei de încadrare înisistem și a schemei de conexiuniia stației sau postului deitransformare;

Economicitatea în construcția șiifuncționarea instalațiilor electriceiale SEE, presupuneiaplicarea unor criterii tehniceiși economice în proiectarea șiiexploatarea acestora, astfeliîncât să se obțină o eficiențăimaximă în raportul venituri – cheltuieli. iUtilizarea metodelor de optimizareice permit modelarea matematică a unor proceseitehnice și economice, conduceila rezolvarea unor probleme legateiatât de realizarea instalațiilor, cât și de regimul deifuncționare al acestora, ca deiexemplu:

alegerea soluțiilorisau variantelor pentru diferiteicategorii de instalații electrice pe bazaiunor calcule comparative, astfel încâticheltuielile de investiții șiicheltuielile de exploatare –imentenanță inclusiv cele datorateipierderilor de putere și energieielectrică, să fie minime;

stabilireaiunor regimuri optime dinipunct de vedere economiciîn funcționarea echipamentelor, itransformatoare de putere, linii electrice, ietc., cu obținerea unor performanțe tehniceiridicate, respectiv căderi deitensiune și pierderi de putereiminime;

stabilirea sau reconfigurareaischemelor electrice de funcționare ale rețeleloride transport și distribuție în vedereaiobținerii unor repartiții economiceia puterilor active, irespectiv reactive și reducerea pierderiloride putere și energie electricăiactivă în special;

2.2.Stabilirea soluțiilor de alimentare cu energie electrică

Determinarea structuriiirețelei șiialegerea tipului și amplasamentului stațieiide alimentareicu energieielectrică a consumatorilorise vaiface ținând seama de:

situațiaienergetică existentă în zonairespectivă, dar șiideiperspectiva de dezvoltareia regiunii pentru următoriii 10 – 15 ani;

importanța consumatoruluii,caracterizată prin clasa acestuia;

siguranțaiîn alimentare sistemul deialimentare al consumatorilor va trebuiisă asigure obligatoriui o alimentare de bază corespunzătoare puteriiimaxime absorbite, deiasemenea sistemulide alimentare va asigura, facultativi, o alimentare de rezervăiconform nivelului de rezervare, aleasăiprintr-o analiză tehnico-economică;

concepția unitară și elasticitatea în exploatare a schemei.

Conform PE 124/95 alimentarea consumatoruluiide clasă D, cu o putereiaparentă cerută de 0.1 MVA seiface direct de la rețeaua deidistribuție de 20 kV priniintermediul transformatoarelor de putereila tensiunea de 0.4 kV.

Având in vedere calculul de pierderiloride putere șiienergie șiia celor de analiză detaliatăidinipunct de vedereialicheltuielilor de investițiii, cheltuielilor de exploatare – mentenanță șiidatorate pierderilor de energieielectrică șiiținând cont de celeienunțate mai sus se stabilesc treiivariante de alimentare cu energie electricăiîn funcție de instalațiile existenteiîn apropierea zonei de consum.

Varianta A

Presupune realizarea unui racord aerian de 20 kV din LEA 20 kV, in lungime de 0.2 km siiun post de transformare aerian. iIn figura 2.1. este reprezentată schema monofilara deiincadrare in sistem aiinstalatiilor de alimentare cu energieielectrica a consumatorilor.

Figura 2.1.

Varianta B

Reprezintă realizarea unei linii electrice in cablu, cu unu sau 2 circuite in lungime de 1,2 km, racordata la tensiunea de 0,4 kV din PTA 20kV existent; se amplifica PTA 20/0,4kV existent, cu un transformator de putere care sa permita vehicularea intregii sarcini (existente si a noului consumator), se inlocuiesc sigurantele fuzibile de medie tensiune, coloana si cutie de distributie. Schema monofilara a instalatiilor ele ctrice de alimentare a consumatorilor este reprezentata in figura 2.2.

În cazul ambelor variante, se consideră că neutrul retelei electrice de 20kV este tratat prin rezistenta.

Figura 2.2

CAPITOLUL 3

DIMENSIONAREA CĂILOR DE CURENTȘI ALEGEREA TRANSFORMATOARELOR DE PUTERE

Considerații generale

Calculul electric alirețelelor electrice se faceiîn scopul dimensionăriiiacestora, astfel încât alegerea secțiuniiicăilor de curent să permităitransportul sau distribuția energieiielectrice, cu respectarea indicatorilor deicalitate și obținerea uneiieficiențe economice maxime, respectiv cheltuieliide investiții și pierderiide energie electrică minime.

Rezultatele ce seiobțin la stabilirea dimensiunilor deimaterial ale căilor de curent, au în vedereiîn primul rând un regim deifuncționare de lungă durată, de ordinulianilor, care se determină peibaza prognozei consumuluiide energie electrică.

normative,iîn funcție de tensiunea rețeleiiși tipul consumatorului.

Alegerea puteriiinominale a transformatoarelor reprezintăiuna din deciziile importanteiîn activitatea de proiectare, avândiîn vedere atât problemele tehniceicât și cele economice careise cer rezolvate. Stabilirea puteriiinominale a transformatoarelor șiirespectiv a limitelor deiutilizare economică, se propune aise determina pe bazaicriteriilor de optimizare specifice proceselorienergetice din rețelele electrice. Acestimod de abordare este necesar maiiales în faza de proiectare, cândiare loc dimensionarea echipamentelorielectrice și se operează cu valoriibănești reprezentate de cheltuielile de investițiii, cheltuielile de exploatare – mentenanță, cheltuielileidatorate pierderilor de energie electrică,etc.

La stabilirea puteriiinominale a transformatoarelor este necesarisă se cunoască cu oicât mai mare exactitateiurmătoarele date privind consumulide energie electrică:

sarcina maximă deidurată, de regulă putereaiaparentă maximă (de calcul) iSM ce urmează a fiivehiculată;

Pentru o încărcare optimă a liniilor electrice este necesară aleagerea secțiunii economice sec a conductoarelor sau cablurilor electrice pe criterii economice.

Valoarea secțiunii economice va fi determinata cu relația:

(3.5)

unde: Imax = curentul maxim de sarcină sau de calcul, în A;

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

Valoarea densității economice de curent pentru conductoarele multiifilare și cablurile energetice datorat de materialului din care sunt confecționate acestea și a timpului de utilizare al sarciinii maxime se gasesc in prescripțiile electrice sau în standardele în vigoare.

Tabelul 3.1

Având în vedere valoarea curentului admisibil nu necesită corectarea lui față de curentul maxim de sarcină și funcționarea în sarcină cu o singură LEA – 20 kV.

Verificarea caderilor de tensiune se face considerând tensiunea necesara la bornele transformatorului instalat la consumator, Uc = 20 kV si repartitia sarcinii in MVA, vehiculate pe tronsoanele LEA 20kV cea din tabelul 3.1.

Având o linie electrică radială, căderile de tensiune induse de circulația de putere activă și reactivă pe LEA 20 kV vor fi calculate conform relațiilor enunțate mai jos:

– căderea de tensiune longitudinală: (3.6)

– căderea de tensiune transversală: (3.7)

– căderea totală de tensiune: ΔU = ΔU1 + j ∙ δU1 (3.8)

– căderea de tensiune procentuală pe linia electrică: (3.9)

unde: RL, XL = rezistența și reactanța liniei electrice;

P, Q = puterea activă și reactivă vehiculată pe linia electrică.

Verificarea căderilor de tensiune se calculează:

rezistența LEA – 20 kV: RL = R0 ∙ L = 0,236 ∙ 9 = 2,12 Ω

reactanța LEA – 20 kV: XL = X0 ∙ L = 0,333 ∙ 9 = 2.99 Ω

Conform relațiilor 3.6, 3.7, 3.8 și 3.9 sunt calculate căderile de tensiune longitudinală, transversală, totală și procentuală:

kV

kV

ΔU = ΔU1 + j ∙ δU1 = 0.17 kV

kV

Valoarea maximă a căderilor de tensiune in procente, aflată în standardele pentru tensiunea de alimentare de 20 kV este Δuadm = ±5 %, deci relația 3.2 se verifică deoarece 0,85 % ≤ ±5 %.

Asfel, la alegerea puterii nominale economice Snec a transformatoarelor de putere, vor fi avute în vedere cheltuielile de investiție și exploatare, întreținere și de pierderile de energie electrică pe perioada luată în calcul.

Pentru calcularea puterii nominale economice Snec va fi folosită relația :

(3.10)

unde:

Smax = puterea maximă vehiculată;

ΔP0, ΔPsc = puterea de mers în gol respectiv puterea de scurtcircuit a transformatorului;

kr = coeficient de rezervă al puterii necesar a fi menținută în sistemul energetic (kr = 1,2);

cp = costul unitar al puterii instalate în centrala electrică etalon pe combustibil marginal (păcura) (cp = 1250 USD/kW);

τ = timpul de pierderi maxime;

Tn = durata normată de recuperare a cheltuielilor de investiții (Tn = 10 ani);

cw = costul unitar al energiei electrice la tensiunea superioară de funcționare a transformatorului (cw = 0,05 USD/kWh);

CT = prețul unui transformator de putere.

Tabel 3.2

Dimensionarea căilor de curent în varianta B

Calcularea curentului maxim de sarcina:

Vom alege un cablu cu izolatie si manta din PVC cu sectiunea st = 50 mm2 si Iadm = 142 A.

Sectiunea economică se află cu relatia:

Se alege un cablu cu sectiunea standardizatâ, imediat superioara celei calculate, sec = 150 mm2 si Iadm = 270 A; pentru siguranțâ marită in functionare, pot fi alese doua cabluri pe circuit fiecare, cu sectiunea de 70 mm2, deci sec = 140 mm2.

Se adopta, s = max (st; sec) = 2×70 mm2, iar tipul cablului este ACYAbY 0.6/1kV, (3×70+35) mm2.

Din tabelul 3.3. rezulta parametrii electrici specifici pentru acest tip de cablu:

Tabel 3.3.

Curentul admisibil in functie de conditiile de pozare in pamant a celor doua cabluri, este:

-k1 = 1, pentru rezistenta specifica a solului de ;

-k2 = 0.85, pentru dou cabluri pozate alaturat la d = 7cm;

-k3 = 1, pentru temperatura solului, = 200C.

Caderea de tensiune longitudinalâ va fi determinata avănd in vedere valorile rezistentei si reactantei LEC 0.4kV: RL = 0.0435 si XL = 0.0083.

Caderea de tensiune procentualâ se incadreaza in limtele admise:

Alegerea transformatoarelor de putere în varianta B

La alegerea transformatorului, vor fi avute in vedere puterea totala ce urmeaza a fi vehiculată, compusă din puterea aparenta existenta, si puterea aparenta a consumatorului:

Stot = Sex + Smax = 55.1 + j 18,11 + 82,5 + j 51.,12 = 137,6 + j 69,23

iar valoarea efectiva este, Stot = 146.43 kVA.

Se alege un transformator cu puterea aparenta nominala, Snt = 160 kVA.

Pentru o functionare economica, se alege un transformator cu puterea aparenta:

Sec = 1,5 x Stot = 1,5 x 146.43 = 219.6 kVA

Va fi aleasă treapta imediat apropiată valoarii, Snec = 250 KVA.

Transformatorul ales va avea puterea nominala Sn = max (Snt; Snec) = 250 kVA.

Astfel, transformatorul de putere trifazat ales va avea înfășurările din aluminiu, în ulei, având reglaj al tensiunii în sarcină, și circulație naturală a uleiului de răcire, răcirea uleiului va fi facută prin suflaj de aer, TTUE – ONAN, cu o putere nominală de 250 kVA ale cărui caracteristici sunt trecute în tabelul 3.4.

Tabel 3.4

CAPITOLUL 4

CALCULUL PIERDERILOR DE PUTERE ȘI ENERGIE ELECTRICĂ PENTRU SOLUȚIILE ANALIZATE

4.1.Considerații generale

În sistemele actuale de transport și distribuție, imposibil de evitat, există pierderi de energie activă și reactivă în totce inseamna element conductor. Astfel pierderile de energie sunt numite „consumuri tehnologice".

Datorita circulației curentului electric prin conductoare au loc pierderile de putere înAparametrii longitudinali ai liniiloraelectrice și încălzireaaacestora prin efectul Joule – Lenz. Acestea sunt pierderi de putereaactivă, datorită rezistenței liniilor electriceași pierderi de putereareactivă, în reactanța liniiloraelectrice.

Pierderile de putere aparentă se pot calcula cu relația:

kVA (4.1)

Partea reală a expresiei 4.1 reprezintă pierderile de putere activă:

kW (4.2)

iar partea imaginară reprezintă pierderile de putere reactivă:

kVAr (4.3)

unde: ΔP, ΔQ = pierderile de putere activă respectiv reactivă;

P, Q = puterea activă respectiv reactivă vehiculată prin linia electrică luată în calcul;

RL, XL = rezistența respectiv reactanța liniei electrice luată în calcul.

U = tensiunea nominală a liniei electrice.

kW (4.4)

kVAr (4.5)

În relația 4.4 și 4.5 termenul QL este puterea reactivă de natură capacitivă produsăide susceptanța liniilor electrice:

kVAr (4.6)

unde: BL = susceptanța liniei electrice luată în calcul [S∙10-6].

(4.7)

unde: Imax = curentulimaxim dat de sarcinaivehiculatăipe linia electricăiluatăiîn calcul;

τ = durata pierderilorimaxime;

ΔPmax = pierderile deiputere maxime pe linia electricăiluată în calcul.

Calculul pierderilor de putere șiaenergie în transformatoarele de putere

aPierderile de puterei activă aau loc atâtiîn circuitula magnetic, iprin curențiiturbionariași prin histerezis, câtașiiîn circuitele electrice prinaefectiJoule, la parcurgerea de către curentul de sarcină a conductoareloriînfășurărilor.

Bilanțul puterilor active ( P1 puterea activăitotală vehiculată prin transformator, iP2 puterea activă absorbită deiconsumator) dintr-un transformator seipoate reprezenta prin diagrama din figura 4.2:

Figura 4.2. Diagrama
puterilor active
într-un transformator.

(4.9)

Pierderile de putere reactivăice apar la funcționarea în sarcinăiaatransformatoarelor au loc în circuitulimagneticapentru magnetizarea acestuiaașiiîn reactanța de scăpăriia înfășurărilor.

Pierderile de putere reactivăiîn fierul transformatorului, ΔQ0, sunt proporționaleicu valoarea curentuluiide mers în gol, fiind constanteipentru același tip de transformator șiiindependente de sarcină (i0 se determină la proba deimers în gol a transformatorului):

(4.10)

Pierderile maxime de putere reactivăiînaînfășurările transformatorului datorită reactanțeiaacestuia, ise determină la probaade scurtcircuit, fiindiproporționaleacu valoarea procentuală a tensiuniiide scurtcircuit:

(4.11)

Pierderile totale de putere reactivă, pentru o altă sarcină S decât cea nominală, vor fi:

(4.12)

4.2.Calculul pierderilor de putereași energie electrică în liniileaelectrice, varianta A

Pierderile de putere si energie electrica activa pe LEA 20kV intre ST 100/20kV si punctele de racord ale P.T.A. (cel existent si cel nou) sunt aceleasi in ambele variante si nu se vor calcula.

În cazul liniilor electrice aeriene pierderile de putere au loc datorită scurgerilor de curent prin izolație si datorită fenomenului Corona; pierderi ce pot fi neglijate pentru

tensiuni mici de 20/0,4 kV dar pentru tensiuni mai mari de 110kV acestea nu se pot neglija si sunt influentate de conditii meteorologice fiind influentate de ploaie, si de poluarea atmosferica.

Pierderile de putere pe deviatia 20kV de racord a P.T.A. 20/0,4 kV sunt:

kW.

kW.

kVAr

Pentru un Tmax = 4200 ore/an si cos = 0,89, se obtine:

ore/an,

Iar pierderile de energie activa vor fi:

kWh

Calculul pierderilor de putere și energie în transformatoarele de putere, în varianta A

Pierderile de putere activa in transformator sunt:

kW,

Iar piederile de energie electrica activa sunt:

kWh

Calculul pierderilor de putere și energie electrică în liniile electrice, în varianta B

Pierderile de putere si energie electrică activă de deviația de 20 kV si transformator, se calculează ca diferența dîntre pierderile de putere si energie electrică dupa preluarea noului consum si cele existente înainte de alimentarea cu energie electrică a consumatorului.

Inainte de amplificarea P.T.A., pierderile de putere si energie electrică activa sunt, avand in vedere caracteristicile transformatorului tip TTU-NL: 100kV; kV; kW. Se considera Tmax = 2500 ore si ore/an.

kW

kWh

Dupa amplicarea P.T.A., se considera Tmax = 4000 ore/an, , si se obtine ore/an. Se calculeaza pentru transformatorul TTUE – ONAN – 250 kVA:

kW

kWh

Pentru deviatia 20 kV vom avea:

kW

kWh

Se calculeaza diferentele:

kW;

kWh.

Pierderile de putere si energie electrica activa in cablurile de 0,4 kV sunt:

kW.

kWh

Rezultatele obtinute le trecem in urmatorul tabel:(4.1)

CAPITOLUL 5

ALEGEREA SOLUȚIEI DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ PE BAZA CRITERIILOR
TEHNICO – ECONOMICE

Considerații generale

elementele unei rețeleielectrice (linii, transformatoare) iîn limitele admisibile, iimpune și rezolvarea din punctide vedere optim a problemeloriprivind: repartiția sarciniiipe liniile electrice și transformatoareleide putere, reducerea pierderiloride putere șiienergie electrică,

variante; fiind aleasă ca soluție de alimentare cu energie electrică varianta cu cheltuielile totale actualizate (C.TA) minime.

Relația matematică a C.T.A., fiind considerat momentul începerii lucrărilor ca și cel al actualizării, este în cazul cel mai general următoarea:

(5.1)

unde: Ii = valoarea cheltuielilor de investiții efective în anul i, compuse din investițiile directe, colaterale și conexe; valoarea investițiilor fiind estimate pe baza costurilor specifice pe tipuri de instalații;

Iech = investiții de echivalare, acestea permit compararea variantelor din punct de vedere al pierderilor de putere activă; este calculată pe baza costurilor de instalare a unui kW în

cheltuielilor de investiții (Tn), ce permite actualizarea sumelor cheltuite în anul i în primul an de începere a lucrărilor de investiții, prin multiplicarea termenilor din relația C.T.A. cu factorul de actualizare, (1+a)-i.

Dacă durata de realizare a lucrărilor este pâna intr-un an, termenul ce reprezintă valoarea remanentă a instalațiilor nu mai este luat in considerare; considerându-se că valoarea daunelor provocate de întreruperea alimentării cu energie electrică este comparabilă cu soluțiile examinate, relația (5.2) poate fi scrisă astfel:

(5.2)

Criteriul acesta operând cu valori bănești, manifestându-se în
timp, compararea cheltuielilor totale trebuiesc făcute la aceeași dată; fiind necesară luarea in considerare rata de actualizare, a, aceasta reprezentând o rată anuală corespunzătoare duratei normate de recuperare a investițiilor; dacă sunt considerți 10 ani durata normată de recuperare a investițiilor, o singură unitate cheltuită, rata de actualizare are valoarea:

(5.3)

Valoarea investițiilor seievaluează pe baza unor indicatoriispecifici din punct de vedere valoric, iîn faza de proiectare a instalațiilor electriceipentru alimentarea cu energie electricăia consumatorilor.

Pentru compararea varianteloridin punct de vedere al pierderiloride putere, se calculează investițiileide echivalare, care împreună cu investițiileiefective, fac parte din primul termen aliC.TA Relația de calcul pentruiinvestițiile de echivalare este:

(5.5)

unde: ΔP = pierderileide putere pentru fiecare variantă deialimentare, iiar în cazul unor instalații existente care preiauiputerea necesară alimentăriiiconsumatorilor, se consideră diferența dintreipierderile de putere după preluarea consumuluiiși pierderile de putere anterior preluării consumului;

kr = coeficient de rezervă al puterii, necesar de ținut în sistem (kr = 1,2);

γ = costul unitar al puterii instalate în centrala electrică etalon pe combustibil marginal (păcură), γ = 3500 RON/MW.

Cheltuielile totale de exploatare – mentenanță și corespunzătoare pierderilor de energie electrică în anul i, or să fie:

(5.7)

Alegerea soluției de alimentare cu energie electrică pe baza criteriului cheltuielilor totale minime actualizate (CTA minime) în varianta A

La evaluarea cheltuielilor de investiții directe pentru varianta A vor fi folosiți indicatorii specifici astfel obținând valorile notate în tabelul 5.1. investițiile de echivalare fiind calculate folosind relația 5.5 rezultatele trecându-se în același tabel ca investițiile directe.

Tabel 5.1

Cheltuielile aferente activității de exploatare – întreținere a instalațiilor electrice este calculată în procente, în funcție de tipul instalației, din investițiile directe, astfel:

pentru LEA20 kV:

RON

pentru PT 20/0,4 kV:

RON

Cheltuielile aferente pierderilor de energie sunt calculate cu relația 5.6, iar valorile pierderilor de energie sunt cele din tabelul 4.1:

RON

Conform relației 5.7 cheltuielile totale de exploatare – mentenanță, corespunzătoare pierderilor de energie electrică în anul 1, vor fi:

RON

Se consideră că investiția este realizată într-un singur an, amortizarea investiției fiind de 10 ani și se întocmește tabelul 5.2 cu cheltuielile actualizate pe o perioadă de 20 ani.

Tabelul 5.2

Alegerea soluției de alimentare cu energie electrică pe baza criteriului cheltuielilor totale minime actualizate (CTA minime) în varianta B

Pentru evaluarea cheltuielilor de investiții directe în varianta B sunt folosiți indicatorii specifici obținându-se valorile notate în tabelul 5.3. investițiile de echivalare sunt calculați folosind relația 5.5 și se trec în același tabel ca investițiile directe.

Tabel 5.3

Cheltuielile aferente activității de exploatare – întreținere a instalațiilor electrice se calculează în procente, în funcție de tipul instalației, din investițiile directe, astfel:

Pentru P.T.A. – 20/0,4 kV – amplificare transformator 110 kV la 250kV:

RON

pentru LEC 0,4 kV – 1x(3×70…150)mm2:

RON

Cheltuielile aferente pierderilor de energie se calculează cu relația 5.6, iar valorile pierderilor de energie sunt cele din tabelul 4.1:

RON

Conform relației 5.7 cheltuielile totale de exploatare – mentenanță și corespunzătoare pierderilor de energie electrică în anul i, vor fi:

RON

În acest caz valoarea reziduală Wr este egala cu zero deoarece se face o înființare de stație de transformare automat ne mai existând instalații electrice rămase neamortizate.

Considerându-se că investiția este realizată într-un singur an, amortizarea investiției fiind de 10 ani și se întocmește tabelul 5.4 cu cheltuielile actualizate pe o perioadă de 20 ani.

Tabelul 5.4

Alegerea soluției finale de alimentare cu energie electrică pe baza criteriului cheltuielilor totale minime actualizate (CTA minime)

Criteriul cheltuielilor totale actualizate ne dă posibilitatea de a face analiza calitativă și cantitativă a soluțiilor asfel, conducandu-ne la adoptarea deciziei optime din punct de vedere tehnic și economic, prin alegerea și aplicarea variantei ce comține valoarea minimă a C.T.A.

În cazul de față, în baza CTA minime și comparand rezultatele din tabelele 5.2, 5.4 și 5.6, se alege varianta a.

CAPITOLUL 6

CALCULUL CURENȚILOR DE SCURTCIRCUIT

Considerații generale

Scurtcircuitul este contactul accidental direct fără rezistență, sau printr-o rezistență foarte mică, a două sau a mai multor conductoare aflate sub tensiune.

Cauzele producerii fenomenului de scurtcircuit pot fi: deteriorarea mecanică a izolației, ruperea conductoarelor, străpungerea sau conturnarea izolației la supratensiuni, punerea indirectă în contact a conductoarelor cu pamatul (păsări, copaci).

stabilirea reglajelor la protecțiile prin relee și echipamentelor electrice ori alegerea siguranțelor fuzibile pentru circuitele electrice.

Tipurile de scurtcircuite ce pot avea loc în instalațiile electrice sunt următoarele:

scurtcircuitul trifazat (simetric);

scurtcircuitul bifazat (nesimetric);

scurtcircuitul bifazat cu punere la pământ (nesimetric);

scurtcircuitul monofazat (nesimetric).

In figura 6.1 avem reprezentată variația curentului de scurtcircuit, în varianta cea mai defavorabilă, când în momentul scurtcircuitului, valoarea tensiunii instantanee are valoarea zero.

Figura 6.1. Variația curentului de scurtcircuit în funcție de timp.

Valoarea instantanee a curentului total de scurtcircuit isc, este alcătuită din două componente, una periodică, ip si cealaltă aperiodică, ia:

isc = ip + ia (6.1)

După 0,01 secunde (la T/2 în cazul frecvenței de 50 Hz), suma curnților dintre ip și ia este maximă și reprezntand valoarea maximă ișoc a curentului de scurtcircuit , valoare ce determină solicitările dinamice elementelor componente ale instalațiilor.

Componenta aperiodică are o variație exponențială, cu valoarea maximă ia0 la t = 0 și se amortizează după maxim 0,2 sec. de la apariția scurtcircuitului, datorită rezistenței din circuitul electric.

Calculul curenților de scurtcircuit prin metoda unităților relative

Metoda de calcul folosește exprimarea impedanțelor schemei de calcul în unități relative.

Impedanța Z, în Ω, a oricărui element se poate exprima în unități relative prin raportarea lor la niște mărimi, numite de bază, alese în mod arbitrar. Trecerea la impedanța Z*b (exprimată în unități relative se face cu relația:

(6.2)

unde: Sb = puterea de bază pe fază, exprimată în MVA, se alege în general Sb = 100 sau 1000 MVA;

Ub = tensiunea de bază, exprimată în kV; valoarea tensiunii medii în punctul de producere al scurtcircuitului.

Pentru calculul curenților de scurtcircuit, în general se fac, următoarele aproximații:

rețelele (circuitele) electrice sunt considerate simetrice;

liniile electrice, (auto) transformatoarele, generatoarele, etc., sunt reprezentate prin parametrii longitudinali de regulă numai prin reactanțe; pentru aceasta trebuie cunoscute caracteristicile tehnice ale liniilor și echipamentelor electrice;

este neglijează valoarea curentului de sarcină anterior apariției scurtcircuitului în comparație cu valoarea curentului de scurtcircuit;

reactanțele de secvență directă și inversă sunt considerate egale;

valorile medii ale tensiunilor nominale sunt luate în considerare astfel:

pentru Un = 20 kV, Umed = 21 kV;

pentru Un = 110 kV, Umed = 115 kV;

În continuare sunt prezentate etapele ce trebuiesc parcurse pentru calculul curentului de scurtcircuit trifazat pentru cazul în care sursa este reprezentată de un sistem de putere infinită.

După alegerea puterii aparente de bază și a tensiunii de bază se calculează valoarea curentului de bază conform relației:

[kA] (6.3)

Urmează calcularea impedanțelor (reactanțe, rezistențe) în unități relative pentru fiecare componentă a schemei de alimentare, folosind următoarele relații :

relația:

(6.9)

Calculul valorii inițiale, la momentul t = 0 sec, a curentului de scurtcircuit periodic se în funcție de valoarea reactanței totale de calcul.

Astfel, dacă reactanța totală de calcul X*t ≤ 3, rezultă că valoarea inițială a curentului de scurtcircuit periodic este:

(6.10)

unde: K0 = coeficient determinat cu ajutorul nomogramelor standardizate.

Dacă reactanța totală de calcul X*t ≥ 3, componenta periodică a curentului de scurtcircuit în orice moment este constantă. Astfel regimul de scurtcircuit, datorită distanței electrice mari, nu are regim tranzitoriu la locul de defect intrând din primul moment în regim permanent de scurtcircuit.

În acest caz:

(6.11)

Se efectuează calculul parametrilor transformatorului din P.T.A. 20/0,4 kV, 250kVA:

;

;

.

Parametrii LEC 0,4kV sunt, considerand:

Doar un cablu in functiune: cablu tip ACYAbY 3×150+70.

Rezistenta conductorului de nul este:.

Curentul de scurtcircuit trifazat la bornele de 0,4 ale transformatorului in punctul 1, se calculeaza dupa relatia:

.

In punctul 2, calculăm curentul de scurtcircuit trifazat, folosind metoda unitatilor relative; se neglijeza rezistenta liniei electrice aeriene LEA 20kV, iar puterea de scurtcircuit pe bara de 20kV a statiei de transformare, se considera egala cu 200 MVA.

Se aleg: Sb = 100MVA; Ub = 21 kV.

Se obtine,

Reactanta relativa a sistemului:

;

Reactanta relativa a LEA 20kV:

=0,157 ;

Reactanta relativa a derivatiei 20 kV:

;

Valoarea curentului de scurtcircuit trifazat va fi:

Puterea de scurtcircuit in punctul 2 este:

MVA

Valoarea instantanee a curentului de soc va fi:

kA

Valoarea curentului de soc este:

kA.

CAPITOLUL 7

CALCULUL TERMIC AL CURENȚILOR ÎN CONDUCTOARE

Considerații generale

Curenții electrici care circulă prin conductoare produc pierderi de energie proporționale cu rezistența lor, din care cauză acestea se încălzesc. Atât timp cât temperatura conductoarelor este mică în raport cu aceea a mediului exterior, această energie servește, în principal, la creșterea temperaturii lor. Când conductoarele ajung la temperaturi mai mari, o parte a căldurii este disipată in mediu, ducând la încetinirea sau limitarea creșterii în continuare a temperaturii. Cantitatea de căldură cedată mediului o să fie direct proportionlă cu temperatura conductoarelor. In final, se poate ajunge la un echilibru termic, căruia îi va corespunde o temperatură maximă θmax a conductorului, va fi mai ridicată când întreaga cantitate de căldură produsă de curentul electriciîn conductor este cedată mediului.

Figura 7.1 Curba de variație a temperaturii într-un conductor.

Astfel,iîn cazul liniilorielectrice aeriene, icând temperatura conductoareloridepășește o anumită valoare, irezistența mecanică a acestora seimicșorează, iar fenomenul deifluaj se accentuează, în aceste condițiii, săgețile pot crește peste anumiteivalori, fapt care conduce la micșorareaidistanțelor de izolație dintreifaze, sau dintre faze șiipământ

acestor supraîncărcări, pentruio durată de viață convenționalialeasă a conductoarelor, calculul trebuieiefectuat în ipoteza unor regimuriide funcționare precalculate, peibaza unor curbe de încărcare zilniceitipizate.

În afară de ipotezeleice se fac asupra condițiiloriinterne legate de conductor, ipentru efectuarea unui calculicorect deiîncălzire mai este necesarăicunoașterea condițiilor de răcireidate de mediul exterior. Acesteaisunt determinate de temperatura mediuluiiambiant și de considerarea sau neglijareaiîn calcul a unei viteze aiaerului din jurul conductoruluii (vântului). Într-un calcul maiiexact în afara vântului maiitrebuie luat în considerație șiiefectul radiației solare. Având stabiliteiipotezele de calcul asupra curbeloride sarcină, temperaturii maxime admisibile, icondițiilor de răcire, pe baza ecuațieiiechilibrului termic se poate faceiverificarea încălzirii conductorului.

În general, iîn funcție de ipotezele admiseiîn calculul încălziriiiconductoarelor, metodele se pot clasificaiîn trei categorii:

metode simplificate, iîn care se neglijează pierderileiprin conducțieiîn conductor, cum șiiaportul prin radiație al corpurilor exterioare;

metode miiiexacte care țin seama de radiațiile solare șiiîn care se evaluează mai precis coeficiențiiide radiație a conductorului șiicoeficientul de convecție a aeruluii;

metode ce țin seama deiinfluența temperaturii șiia duratei de încălzire a conductoarelor asupra micșorăriiiîn timp a rezistențeiimecanice a acestuia.

Avand in vedere că cantitatea totală de energie degajată în conductor in raport cu timpul este constantă, rapotul acesteia între energia și cea cedată mediului exterior se modifică în timpul procesului de încălzire astfel:

în primele momente, cea mai mare parte a căldurii emise este acumulată în conductor, temperatura crescând aproximativ liniar;

treptat conductorul încălzindu-se, crește și cantitatea de căldură cedată mediului exterior, temperatura conductorului crescând neliniar, mai lent decât în prima etapă;

după un timp, depinzând de condițiile de răcire și materialul conductorului, cantitatea de căldură va fi cedată mediului exterior, ajungându-se la un echilibru termic și atingându-se temperatura. de regim a conductorului θmax.

conductorului și temperatura mediului, în °C.

Dacă împărțim ecuația (7.3) cu α S, se va obține:

(7.4)

În relație ies în evidență următoarele mărimi fizice.

Constanta de timp a încălzirii [s], care depinde de condițiile de răcire (α), de caracteristicile de material (c, γ) și de dimensiunile geometrice ale conductoarelor (S, V).

(7.7)

Figura 7.2 Variația în timp a temperaturii unui conductor în condiții normale de răcire.

θ2 – temperatura finală a conductorului, în °C;

θ1 – temperatura mediului exterior (inițială), în °C.

Coeficientul de transferial căldurii prin radiație, idepinde de condițiile deirăcire ale conductoarelor șiiarată cantitatea de energieitransmisă într-o secundă printr-oisuprafață de 1 cm2, cândidiferența de temperatură dintreiconductor șiimediul ambiant este de 1°C. iÎn general, valoarea luiise poate calcula cuirelația:

(7.8)

Căldura cedată prin convecțieiîn intervalul de timp tieste calculată cu o relație analoagă cu (7.7):

(7.9)

unde: αc este coeficientul de cedare a călduriiiprin convecție.

Coeficientul de transfer alicăldurii prin convecție αc se poate determinaipentru liniile electrice aerieneiîn două situații și anumeiîn regimul convecției libere când mediuliînconjurător se consideră fără vânt șiiîn regimul convecției forțate când se consideră mișcarea cu viteze de (0,5…0,6) m/s.

Regimul convecțieiiforțate se folosește la verificareaiîn cazul funcționării conductoarelor cuiîncărcare sub sarcina normală. Valoareaiacestuia se poate calcula cuirelația:

(7.10)

unde: v =viteza vântului în m/s;

d = diametrul conductorului, iîn mm.

Regimul convecțieiilibere folosește la verificareaiîncălzirii conductoarelor la o funcționare critică cu suprasarcină. iÎn aceste condiții coeficientul de transfer al călduriiise poate calcula cu relația:

(7.11)

Pentru conductorii LEA 20 kV de racord Al – OL 50/8 mm2:

coeficientul de convecție:

coeficientul de radiație:

Determinarea curentului admisibil în conductoarele LEA 20 kV de racord și de repartiție, pentru temperatura maximă admisibilă θmax = 70˚C, se face utilizând relația 7.13:

Pentru conductorii LEA 20 kV de racord, Al – OL 50/8 mm2:

Determinarea încălzirii și a alungirii conductoarelor

La conductoarele din oțel-aluminiu, fiind bimetal au un coeficient de dilatare termică liniară diferit. Dacă fiecare dintre aceste materiale luate separat ar fi supus la o variație de temperatură Δθ, atunci s-ar dilata sau contracta liber, după coeficientul propriu de dilatare.

Modificandu-se temperatura conductorului de la θ0 la θ, cu θ0 < θ, alungirea reală a conductorului de oțel – aluminiu va fi:

(7.14)

unde: ΔL = alungirea conductorului in funcție de temperatură;

α = coeficient de dilatare liniară;

θ0 = temperatura de confecționare a conductorului;

θ = temperatura conductorului;

L = lungimea conductorului.

Liniile electrice își modifică temperatura de lucru datorită încălzirii prin efect Joule – Lenz, în funcție de curentul de sarcină ce străbate conductorii. Temperatura conductorilor liniilor electrice poate fi determinată din relația 7.12 astfel:

(7.15)

Se vor calcula temperaturile conductoarelor liniei electrice de racord LEA 20kV tip Al – OL 50/8 mm2, funcție de curentul ce le străbate, cu ajutorul relației 7.15.

Se va pleca de la curentul cerut de zona de consum Ic = 29,39 A și se vor calcula valorile crescând curentul din 100 în 100 % din acesta, până la valoarea maximă a curentului prin conductoare Imax = 205 A.

Se trece apoi la calculul alungirii conductoarelor liniei electrice în lungime de L = 0,2 km, utilizând relația 7.14, funcție de temperatura conductoarelor și de temperatura de confecționare a conductorului θ0 = 15 °C.

Se întocmește tabelul 7.1 ce cuprinde valorile temperaturilor precum și a alungirilor conductoarelor liniilor electrice.

Consultând datele din tabel se vor modifica caracteristicile alungirii și încălzirii conductoarelor liniei electrice de racord, in funcție de curentul care le parcurge.

Tabelul 7.1

CAPITOLUL 8

ALEGEREA ȘI VERIFICAREA APARATELORaȘI CĂILOR DE CURENTaDIN PUNCT DE VEDERE TERMICaȘI ELECTRODINAMIC

Considerații generale

Echipamentul electricval unei instalații electrice trebuieaastfel ales încât săasatisfacă următoarele condiții:

parametriianominali ai echipamentului să corespundăaparametrilor locului în carease instalează;

să rezisteasupratensiunilor și curenților de scurtcircuitace pot să apară înaregimurile de avarie.

Curențiiade scurtcircuit solicită elementele echipamentuluiadin punct de vedere mecanicași termic; solicitareaaelectrodinamică este determinată de curentulade scurtcircuit de șoc, iarasolicitarea termică de valoareaacurentului de scurtcircuit șiade durata acestuia.

Verificareaaechipamentului electric la solicitări mecaniceași termice în cazul curențilorade scurtcircuit se face prinacompararea mărimilor de calculacu cele de încercare.

La alegereaași verificarea elementului respectiv, atrebuie să se aleagăalocul de scurtcircuitaastfel, încât curentul cearezultă să determine solicitareaamaximă posibilă aa elementului.

De menționatacă generatoarele și transformatoareleanu se verifică laaacțiunea curențilorade scurtcircuit, deoareceaacestea se asigurăadin acest punct deavedere prin construcțiaalor.

Aparatele electrice aleseatrebuie să satisfacă o serieade grupe de criteriiatehnice, indicându-seavalorile necesare determinate deasolicitările din instalații șiavalorile garantate de fabricanțiapentru toate aceste criterii. aSe va ține seama că într-oastație electrică există mai multeatipuri de circuite, echipareaaacestora putând fi diferită.

Criteriileatehnice de alegere a aparateloraelectrice trebuie însoțite deacriterii economicea (investiții, costuri pentru întreținereași reparații etc.), precum și de criteriiaprivind încadrareaaîn mediul ambianta (masă, gabarit, aspectaestetic, poluare etc.).

Principaleleagrupe de criterii tehniceapentru alegerea aparateloraelectrice sunt:

condițiiaambientale;

caracteristiciaconstructive;

caracteristici de izolație;

curentanominal;

frecvențăanominală;

comportarea în regimade scurtcircuit;

criteriiaspecifice.

Principalele caracteristici sunt: atensiunea nominală Un, tensiuneaamaximă de serviciu la care poateafuncționa aparatul UM, curentul nominal In, acapacitatea de rupere nominalăaSr, sau Ir capacitatea de conectareaIî, curentul limită termicaIlt, timpul propriu deadeschidere tpd, timpul totalade deschidere ttd, timpulatotal de închidere tî, caracteristicaade protecție (funcționare), mediulapentru stingerea arculuiaelectric, locul de montare.

După funcțiuneaape care o îndeplinesc, seadeosebesc următoareleacategorii:

aparate de conectarea (întreruptoare, separatoare, aseparatoare de sarcină);

aparateade protecție (siguranțeafuzibile, bobine deareactanță și deastingere, descărcătoare);

aparate deamăsură (transformatoareade măsură).

Alegerea și verificarea aparatelor din punct de vedere termic și electrodinamic

Alegereavaparatelor și echipamentelorvelectrice se face ținândvseama de următoarele condițiivgenerale:

tipulvinstalației în carevse montează, devexterior sau devinterior;

Poatevfi interior sau exterior v (și se indică prin temavde proiectare. vInstalațiile de tip interiorvsunt protejate împotriva intemperiilor. vÎn stațiile interioarevnu se recomandă alegereavunor aparate cu volumvmare de ulei, avândvîn vedere riscul unorvexplozii și incendiivcare se pot produce în asemeneavsituații.

caracteristicile mediuluivambiant (temperatura, vumiditate) și altitudineavde montare;

De regulă, fabricanțiivde aparate garantează performanțelevde catalog pentru înălțimi devfuncționare a instalațiilor sub 1000vm. Pentru altitudinivmai mari (de pestev1000 m), unelevperformanțe electrice șiveventual, condițiile devstingere a arcului electricvse înrăutățesc, constructorii de aparate indicândvcoeficienți pentru corecția acestora.

Caracteristicilevmediului ambiant se referă lavprincipalii factori meteo prevăzuțivde normativul PE 101. vTemperatura influențează condițiile devrăcire și încărcările admisibile alevcircuitelor; umiditatea și precipitațiile influențeazăvcomportarea izolației și stingerea arculuivelectric.

tensiunea nominalăva aparatelor (echipamentelor) electrice trebuievsă satisfacăvrelația:

(8.1)

unde: vUnaparat – tensiunea nominalăvde serviciu pentru care a fostvrealizat aparatul (echipamentul) velectric;

Uninstal – tensiuneavnominală a instalației învlocul de montare a echipamentului.

aparatelevși echipamentele electrice care constituie șivcăi de curent, trebuie să respectevcondiția:

(8.2)

unde: vImaxcalc = sarcina maximăvde calcul determinată în proiectarevpentru locul de montajval aparatului (echipamentului) ;

Inapar =vcurentul nominal al aparatuluiv (echipamentului), realizatvprin construcția acestuia.

Acestevcondiții se aplică la alegereavtuturor echipamentelor șivaparatelor electrice, întreruptoare, vseparatoare, transformatoare de curentvși de tensiune.

Întreruptoarelevsunt aparate prin carevse realizează atât conectareav- deconectarea curenților devsarcină, cât și întrerupereavcurenților de scurtcircuit; vîn acest ultim caz, întreruptoarelevtrebuie să îndeplinească condiția:

curentulvde rupere trebuie să fie maivmare decât curentul devscurtcircuit în punctulvîn care se monteazăvaparatul:

(8.3)

unde: vIr = curentul nominal devrupere a întreruptoarelor,

Isc = curentulvde scurtcircuit în locul de montareva întreruptorului.

Verificarea aparatelorvse face din punct devvedere termic și electrodinamic, vele trebuind să satisfacăvanumite condiții specificevfiecărui tip de aparatvîn parte. Aceste condiții vorvfi prezentate pentru fiecarevaparat în parte, învcadrul subcapitolelorvcare urmează.

Singurelevaparate care nu se verificăvla stabilitate termică șivelectrodinamică sunt transformatoarelevde măsurare de tensiune, deoarecevele nu sunt supuse acțiuniivcurenților devscurtcircuit.

Alegerea și verificarea întreruptoarelor

Întreruptorulveste cel mai important aparatvde comutație din circuitelevprimare. După principiulvde stingere al arcului, întreruptoarelevpot fi cu: ulei mult, vulei puțin, aer comprimat, vhexafluorură de sulf, suflajvmagnetic și cu vid.

Întreruptoarelevcu ulei mult — IUM, vsunt tot mai puțin folositevîn prezent din cauza pericoluluivde explozie și incendiu. vAu o construcție simplăvși sigură și o comportarevbună în exploatare. vVor fi totuși evitatevpe cât posibil, rămânândvsă fie folosite lavposturi de transformarevși la stații electrice devimportanță redusă, de preferințăvnumai învinstalații exterioare.

Întreruptoarelevcu ulei puțin —vIUP, sunt foarte răspânditevpână la cele maivmari tensiunivși puteri de rupere. vAu o construcție simplăvși robustă, comportare bunăvîn exploatare vrevizia este ușoară șivrapidă. Aceste întreruptoarevsunt indicate pentruvcondițiile din țaravnoastră.

Întreruptoarele cuv aer comprimat sunt devasemenea foarte răspânditevpână la cele mai marivtensiuni și puteri de rupere. vAu o construcție maivcomplicată și necesităvîn plus o instalațievde aer comprimat de marevpresiune. Pentru condițiilevdin țara noastră, pot fi folositevla puteri de rupere foartevmari sau în condiții de funcționarevspeciale.

Întreruptoarelevcu hexafluorură de sulf sevrăspândesc tot mai multvdatorită calităților lor excepționale. Auvo capacitate mărită de stingereva arcului și de refacereva rigidității dielectrice.

Întreruptoarelevcu suflaj magnetic sunt simple, vrobuste și se comportăvbine în exploatare; vse fabrică în prezent pentruvtensiuni medii. La curențivmici, efectul de suflaj magneticveste insuficient pentru ruperea arculuivdin care cauză în acestevcondiții se prevăd dispozitivevsuplimentare (suflaj cu aer).

Întreruptoarelevcu vid folosesc proprietățile viduluivpentru stingerea arcului electric. Vidulvînaintat (10-4. . .10-5 torr) are ovmare rigiditate dielectrică, iarvarcul electric se stinge devla sine în vid înainte devtrecerea curentului prin zero.

Dispozitivelevde acționare ale întreruptoarelorvfi :

— cu acționare unilaterală, vcând realizează numai închidereavîntreruptorului, deschiderea acestuia făcându-sevcu ajutorul unui resort devdeschidere. Este cazul dispozitivelorvde tipul MR, MRI, DRI, DSI, etc, folositevla întreruptoarele cu ulei puținv (tip IUP) de medievtensiune ;

— cu acționarevbilaterală, când realizează atâtvînchiderea, cât șivdeschiderea întreruptorului, fără să mai fie nevoievde resorturi pentru deschidere. vEste cazul întreruptoarelorvde înaltă tensiune care folosescvdispozitive de tipul MOPv (IO – 110, 220, 400) sau înglobate în elev (IUP — 35) etc.

În funcțievde energia folosită, dispozitivelevde acționare pot fi cuvresorturi (tipurile MR, DR), vcu acționare pneumaticăv (tipul DPI), electromagnetice (tipul DSI), vmanuale (tipul DMI).

Alegereavîntreruptoarelor se face conformvcelor enunțate în subcapitolulv8.2 respectându-sevrelațiile 8.1, 8.2 și 8.3.

Verificareavîntreruptoarelor se va facevținând cont de valoareavcurentului de scurtcircuit trifazatvsimetric urmărind cele enunțatevmai jos.

Întreruptoarele suntvaparate prin care sevrealizează atât conectarea -vdeconectarea curenților devsarcină, cât și întrerupereavcurenților de scurtcircuit; vîn acest ultim caz, întreruptoarelevtrebuie să îndeplinească condiția:

(8.4)

unde: vSr = puterea nominală devrupere a întreruptoarelor,

Ssc = putereavde scurtcircuit în locul devmontare a întreruptorului.

Dinvpunct de vedere al stabilitățiivtermice la scurtcircuit, întreruptoarelevtrebuie să respectevcondiția:

(8.5)

unde: Ilimtv= curentul limităvtermic pentru o secundă datvde fabricant;

Iscm = curentulvmediu echivalent al scurtcircuitului;

= duratavpentru care se verifică termicv (pentru o altă duratăvdecât cea devo secundă).

Valoarea curentuluivmediu echivalent de scurtcircuitvse determină cuvrelația :

(8.6)

unde: vm = coeficient carevține seama de aportul componenteivaperiodice a curentului de scurtcircuit; vacesta se determină graficvîn funcție de duratavdefectului (tsc) și devcoeficientul de șocvkșoc (figura 8.1, a);

n =vcoeficient care ține seamavde variația în timp avcomponentei periodice; vacesta se determinăvîn funcție de timpul totalval defectului (tsc) șivde raportul dintrevcurentul de scurtcircuitvla t = 0 și curentulvpermanent de scurtcircuit lavt = ∞ (figura 8.1, b);

tsc = timpulvtotal al defectuluiv (durata scurtcircuitului); sevcompune din timpul de acționareval protecției prin relee șivtimpul de deschidere alvîntreruptoarelor.

Figura 8.1 Nomograme pentruvcalculul curentului mediuvechivalent al scurtcircuitului.

Dinvpunct de vedere al solicităriivelectrodinamice, întreruptoarelevtrebuie săvverifice relația:

(8.7)

unde: vIlimd = curentul limităvdinamic al întreruptorului dat devfabricant.

Alegerea și verificarea separatoarelor

Separatoarelevsunt aparate de conectare care asigurăvpentru motive de securitate, în pozițiavdeschis, o distanță de izolarevvizibilă în cadrul circuituluivelectric din care facvparte.

Separatorulvneavând dispozitiv de stingere avarcului electric, nuvse deschide sub sarcină; vdeschiderea separatorului trebuievsă fie precedată de deconectareavîntreruptorului corespunzător.

Sevpot face mai multevclasificări ale separatoarelor, vdupă cum urmează.

Dupăvlocul în care sevmontează, separatoarele potvfi: de tip interiorv (la instalații interioare) vsau de tip exterior (lavinstalații exterioare).

Dupăvnumărul de poli: vmonopolare, bipolare, vtripolare.

Dupăvmodul de deplasare alvcontactelor mobile: vseparatoare cuțit, vavând un contactvfix și un contact mobilvtip cuțit; separatoarevrotative, având douăvcontacte mobile; vseparatoare basculante, lavcare contactul mobilvbasculează împreună cuvun izolator suport învplanul axelor izolatoarelorvsuport ale polului; vseparatoare pantograf, la carevcontactul mobil, de ovconstrucție specială, executăvo mișcare după direcțiavaxei izolatoruluivsuport.

După absența sauvprezența dispozitivului devlegare la pământvexistă separatoare cu sauvfără cuțite de legare lavpământ.

Sistemul de acționare: vdispozitive de acționare manualăv- cu prăjini (pânăvla 75 kV inclusiv) sauvcu pârghie (tipvAME și AMI); dispozitivevpneumatice (tip AP); vcu acționare electricăv (tip ASE).

Există și o categorievspecială de separatoare numitevseparatoarele de sarcinăv (STIS) care suntvaparate de conectare capabilevsă întrerupă curentul nominalval unui circuit șivcare în pozițiavdeschis asigură o distanțăvminimă între contactul fixvși cel mobil întocmaivca și separatoarelevnormale.

Se utilizează în vurmătoarele scopuri:

pentru conectareavși deconectarea bateriilor de condensatoare, vpână la puteri de circavl200 kVAr și tensiuni dev20 kV;

pentruvînlocuirea întreruptorului, învpunctele rețelei unde putereavde scurtcircuit estevredusă (sub 30 MVA) ;

lavconectarea și deconectarea liniilorvîn gol și a cablurilor învgol;

ca aparatvde conectare în rețelelevbuclate, având rolul deva închide sau deschidevbucla la sarcina nominală.

Protecțiavinstalației este asigurată prinvsiguranțe fuzibile de înaltăvtensiune cu mare puterevde rupere montate în serievcu separatorul de sarcină.

Separatorulvde sarcină are ca elementvde bază separatorulvpropriu-zis, căruiavi se adaugă unvcuțit de rupere și ovcameră de stingerevdin material gazogen, vde formă platăvsau cilindrică.

Alegerea separatoarelorvse face conform celor enunțatevîn subcapitolul 8.2 respectându-sevrelațiile 8.1 și 8.2. Sevrenunță la criteriul devalegere funcție de curentulvde rupere deoarece separatoarelevnu sunt aparate capabile săvrupă curenții de scurtcircuit.

Verificareavseparatoarelor se face numaivdin punct de vedere alvstabilității termice și electrodinamicevla a acțiunea curenților devscurtcircuit, renunțându-se de asemeneavla verificarea aparatului la putereavde rupere, din motive lesne devînțeles.

Verificarea din punct devvedere al stabilității termice șivelectrodinamice se face în acelașivmod ca verificarea întreruptoarelor, utilizândvrelațiile 8.5, 8.6 și 8.7.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de măsură

Transformatoarelevde măsură sunt aparate electromagnetice carevtransformă valorile curentului și tensiuniivla valori convenabile pentruvalimentarea aparatelor devmăsură, de protecție și devreglare , cum ar fivtensiuni de 100 sau 110 V, respectivvcurenți de 5 sau l A.

Transformatoarelevde măsură se clasifică după maivmulte criterii.

1. În funcțievde parametrul a căruivvaloare o reduc, vexistă:

transformatoare de curentv (TC) a căror înfășurarevprimară se conectează în serievcu circuitul primar, viar bobinajul secundar alimenteazăvreleele de curent, ampermetrele, vbobinele de curent ale wattmetrelor, vcontoarelor, fazmetrelorvetc.; curentul nominalvprimar I1n poate fi 5, 10, v15, 20, 30, 50, 75, v100, 150, 200, 300, v400, 600, 750, l 000, vl500, 2 000, 3 000, v4000 sau 5 000 A; vcurentul nominal secundarvI2n este de 5 A, viar puterile nominalevsecundare P2n sunt de 5, v10, 15, 30, 60, v90 VA;

transformatoare devtensiune (TT) a căror înfășurarevprimară se conectează în paralelvcu circuitul primar, iarvînfășurarea secundară alimenteazăvreleele de tensiune, voltmetrele, vbobinele de tensiune alevwattmetrelor, contoarelor, fazmetrelorvetc.; tensiunea nominală primarăveste egală cu tensiunile normalizatevla noi în țară, iar tensiuneavnominală secundarăveste egală cu 100 sauv100/; puterile nominalevsecundare sunt de 10, 15, v30, 60, 90, 120, 180, 240, 300, 480, 600, 900 sau l 000 VA.

2. Dupăvnumărul înfășurărilor secundare :

cuvo singură înfășurare secundară;

cu douăvsau mai multe înfășurărivsecundare.

3. Dupăvfelul instalației în care se potvmonta:

transformatoarevde tip interior – simbol I;

transformatoarevde tip exterior – simbolvE.

4. După modul învcare se montează:

transformatoare vde trecere, simbol T (numai vpentru cele de curent);

transformatoarevtip suport, simbol S.

5. Dupăvfelul izolației dintre înfășurări:

transformatoarevcu aer sau uscate;

transformatoarevcu izolație în ulei, simbolvU;

transformatoare cu izolațievde porțelan, simbol P;

transformatoarevcu izolație de hexafluorură de sulfvH;

transformatoare cu izolație devrășini sintetice turnate, simbolvR.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de curent

Tensiuneavnominală U1n și curentul nominalvprimar I1n se alegvca și la întreruptoare sauvseparatoare. Felul șivtipul sunt impuse devlocul în care se montează.

Clasavde precizie se alege în funcțievde aparatele montatevîn circuitul secundarvși anume:

clasav0,2 se folosește la măsurătorivde precizie;

clasa 0,5vpentru contoarele de energievelectrică;

clasa l pentruvmăsurători normale de exploatarevși pentru relee devdistanță și putere;

clasav3 pentru relee devcurent, diferențialevși de semnalizări.

Clasavde precizie indicată în cataloagelevtransformatoarelor de curent sevrespectă dacă curentulvprin transformator este celvnominal și dacă sarcinavsecundară este cuprinsă întrev25% și 100% din ceavindicată în catalog.

Dupăvalegerea transformatoarelor de curentvastfel ca ele săvcorespundă condițiiloragenerale, vele trebuie verificate la stabilitatevtermică și electrodinamicăvdupă cum urmează.

Verificareavla stabilitate electrodinamică impunevîndeplinirea condiției:

(8.8)

unde: vIlimd = curentul limită dinamicvindicat în catalogul da fabricațieval transformatoarelor de curent.

Verificareavla stabilitate termicăase facevpe baza condiției:

(8.10)

unde: vIlt = curentul limită termicaalvtransformatorului de curent pentruvun timp de defect deaovsecundă;

tf = timpulvfictiv total tf = tfp + tfa;

tfp =vtimpul fictiv periodic, determinatvdin diagrama din figurav8.2, funcție de duratavscurtcircuitului tsc, și de raportulv;

tfa = timpulvfictiv aperiodic, care sevdetermină cu relația tfa =v0,05 ∙ β2.

Figura 8.2 Diagramavpentru determinarea timpului fictiv periodic tfp

.

Proiectareavtransformatorului 20/0,4 dinvP.T.A. se realizeaza cuvsigurante fuzibile tip FENvpentru medie tensiune si tipvMPR pentru joasa tensiune.

Invmedie tensiune (20 kV), vcurentul nominal al fuzibiluluivse alege apicandvrelatia:

Suntvalese sigurante fuzibile devtip FEN – 20kV,acuvurmatoarele caracteristici tehnice:

Acestevcaracteristici corespund valoriloracurentilorvde scurtcircuit permanentvsi deasoc calculativpentru locul deamontaj al siguranteivfuzibile; ase constata devasemenea ca: Srup > Ssc3 = 148,51 MVA.

In joasavtensiune, curentul nominal alvfuzibilului pentru protectia transformatoruluivse alege la valoarea datavde relatia:

Inf2 = (0,8…1)I2n

Inf2 = 1*I2n = 1*361,27 = 361,27 A

Se alegvsigurantele tip MPR-0,4 kV, In = 400A.

Pentruvcircuitul electric de alimentareaavconsumatorului, al caruivImax = 119,07 A, se alegvsigurantele fuzibile tipvMPR – 0,4 kV, 200A, carevverifica relatia:

Inf > Imax sarc

Sigurantele fuzibilevse verificaala curentul de sarcinavde scurta durata:

unde, pentruvmotor cu pornire directavsi Pn = 15 kW, se calculeaza:

Imax.s.d. = Imax.sarc + Iporn.max = 120 +7*27,09 = 309,66 A.

Cu aceastavvaloare, relatia de mai susvse verifica, deoarece:

A

Din punctvde vedere alacurentului minimvde scurtcircuit monofazat, asigurantele fuzibile alese, verifica relatia:

Sigurantele fuzibile de tipvMPR se aleg in functie devcurentii de scurcircuit folosind diagramelevdeaprotectie ale fabricantului.

Pevcircuitul de alimentare, la consumator, vse aleg sigurante tip MPR –v0,4kV.

Inf = 160vA care corespund conditiilor devfunctionare in locul devmontaj.

Pentru realizareavmasurii energiei electrice activevsiareactive pe circuitul devalimentare al consumatorului, sevmonteaza in cutia de distributieva P.T.A. – 20/0,4, transformatoarevde curent tip CIRS – 0,5 kV cuvurmatoareleacaracteristici:

Verificarea stabilitatii termiceaa cablurilor electrice tip ACYABY – 0,6/1 kV, 2x(3×70) mm2 la scurtcircuit se face aplicand relatia , luand in considerare, tsc = 0,5 sec si respectivavalorile curentilor de scurtcircuitatrifazat:

In regimamaxim de scurtcircuit (doua cabluri) se obtine:

Cum s = 2×70 = 140mm2 > 28,45, cablurile corespund din punctade vedere al stabilitatii termice; aalegerea sectiunii cablurilorvelectrice aa fost efectuata corespunzator.

Invregim minim de scurcircuit (unvsingur cablu) rezulta:

Cum s = 70 mm2 > 17,89, vcablurile electrice corespundasivregimului de scurtcircuit minim, vdin punct de vedere alastabilitatiivtermice.

CAPITOLUL 9

COMPENSAREA ENERGIEI REACTIVE

Considerații generale

Consumulvde putere reactivă necesar funcționăriivtransformatoarelor de putere, cuptoarelorvcu inducție, masinilor asincrone, vlămpilor cu descărcări învgaze, ș.a, este caracterizatvde valoarea factorului devputere:

(9.1)

Consumulvexagerat de putere reactivă, vduce la un factor de puterevde mic afectând tehnic darvși economic funcționarea instalațiilorvelectrice.

Bateriile de condensatoare pot fi amplasate în următoarele puncte ale instalațiilor electrice:

Putereavnominala a condensatoarelor trifazatevde j.t. este Qnc = 20 kVAr; vnumarul condensatoarelor necesare este:

Sevalege un condensatorafabricat invtara, tip CU – 0,38v– 20 – 3, fiindvmontat in instalatiilevde joasa tensiuneaalevconsumatorului.

Factorul de puterevrealizat, în urma compensariiveste:

Puterea maxima vehiculata va fi:

Smax = (82,5 + j31,12) kVA

Smax = 93,14 kVA.

CAPITOLUL 10

CONCLUZII

Cerințavtemei de proiect estevgăsirea soluției de alimentarevcuvenergie electricăaa unei zone devconsum rural care conținevconsumatori casnici și terțiari.

Tema proiectuluiveste justificată datorităafaptuluivcă, în zonă, nu există ovsoluție viabilă devalimentare cuaenergie electricăva consumatorilor din zona devconsum.

Proiectul, structurat în nouăvcapitole, acopera toate punctelevstabilite prinatemă, soluționarea problemeivalimentariiacu energie electrică, vrezultat in urma documentăriivdin activitatea deaexploatare curentă a rețelei.

În capitolul I auvfost expuse toate datele energeticevspecificeazonei de consumvrural și instalațiilevelectrice existente în apropiereavzonei deaconsum, instalațiivdatorită cărora se vor stabili, vîn cadrul capitolului următor, soluțiile inițialevde alimentare.

În capitolul 2 se trecevla alegerea soluțiilor primare cevvorafolosi calcululuivtehnico – economic, la alegereaasoluțieivfinale de alimentare cu energievelectrică a zonei de consum.

Plecâdvde la două variante deaalimentarevse trece, în capitolul 3, alavdimensionarea căilor de curentvși alegerea transformatoarelor devputere pe baza criteriilorvtehnico – economice.

Conductoarelevliniilor electrice aerieneașivsubterane, alese, verificăacondițiilevde cădereade tensiune, vdinaverificare reieșind căavalorilevcăderilorade tensiune se încadreazăvîn limitele maximeaadmisevde ± 5%.

Calculând pierderile devputere și energie electricăvatât in liniile electricevcât și în transformatoarelevde putere(capitolul 4), ajungem lavconcluzia că varianta cuvcele mai mici pierderiveste aceea deaalimentare a zonei devconsum direct din liniilevelectrice de 20 kV, printr-unvpost de transformare nou, racordatvinaderivație.

Utilizându-sevcriteriul cheltuielilor minime (capitolul 5), vreiese că varianta optimă din punctvde vedere economic de alimentare avzonei de consum este aceea devracordarea a acesteia lavliniile electrice de 20 kV prinvintermediul unui post de transformarevnou, racordat in sistemvderivație.

În cadrulvcapitolului 7 s-a făcut analizavvariației temperaturii învconductoarele liniilor electrice invraport cu curentul de sarcină carevle străbate, deoarece este foarte important să cunoaștem temperatura conductoarelor, aceasta influențând la rândul ei săgeata liniilor electrice aeriene. O creștere importantă a săgeții duce direct la scăderea siguranțeiaîn alimentare și la creșterea pericolelor de accidente grave, conductoarele apropiindu-se periculos de suprafața solului.

Se constată funcționarea laaun factor de putere redusalucru care duce la creșterea pierderilorade putere și energie electrică. Astfel, s-a analizat necesitateaaîmbunătățirii factorului de putere, acât și compensarea puteriiareactive, amontându-se, pe parteaade medie tensiune a postului deatransformare, a unei baterii de condensatoare. aCalculul referitor la alegereaaputeriiareactive a bateriei de condensatoareaeste prezentat în capitolul 9.

În concluzie alimentarea consumatorilor din zona de consum va fi realizata printr-un post de transformare 20/0,4 kV, racordat la linia electrică de distributie, printr-o linieaelectrică aeriană de 20 kV. Postul conține echipamentele alese in capitolul 8, aparataje ce au fost testateapentru stabilitate termică șiaelectrodinamică în cazul unui scurtcircuitatrifazat.

Varianta aleasă este optimă din punct de vedere atât tehnic cât și economic.