Conditii de Calitate In Alimentarea cu Energie Electrica

Diverse

Conditii de Calitate In Alimentarea cu Energie Electrica

Byadmin ianuarie 1, 2024

Pentru buna funcționare a receptoarelor, alimentarea cu energie electrică trebuie să îndeplinească o serie de condiții referitoare la tensiune, frecvență, putere cât și condiții de continuitate. Prezentarea acestor condiții este făcută în cele ce urmează:

Tensiunea constantă ca valoare și formă constituie o prima condiție pentru orice tip de receptor. Este recomandabil ca tensiunea la bornele receptorului să fie constantă și egală cu cea nominală, sau variațiile posibile să se încadreze in limitele precizate pentru fiecare receptor în parte.

În exploatarea instalațiilor electrice apar variații de tensiune, cauzate de consumator, datorită variațiilor de sarcină sau scurtcircuitelor. Aceste variații pot fi lente, cauzate de modificarea in timp a încărcării receptoarelor, sau rapide, cauzate de scurtcircuite, de modificări rapide ale sarcinii sau de conectări și deconectări, de receptore.

O diminuare cu caracter permanent a valorilor tensiunii, poate fi consecința subdimensionării secțiunii conductoarelor, situație ce are ca urmări:

distrugerea izolației electrice;

nefuncționalitatea echipamentului;

suprasolicitarea termică a receptoarelor.

Tensiunile de alimentare mai mari decât cele nominale determină funcționarea în

suprasarcină a receptoarelor de forță și reducerea duratei de viață a receptoarelor de iluminat.

Scăderea tensiunii sub valoarea nominală, atrage după sine solicitarea termică, funcționarea la parametrii inferiori sau chiar nefuncționarea unor receptoare sau instalații.

Problema formei tensiunii se pune atât în cazul receptoarelor alimentate in curent alternativ cât și pentru cele alimentate în curent continuu. Tensiune continuă la bornele receptoarelor de curent continuu poate avea o serie de armonici mai ales dacă sursa de tensiune este un redresor semicomandat sau comandat.

În cadrul instalațiilor electrice, la consumator, trebuie luate măsuri pentru reducerea efectelor deformante și influența acestora asupra rețelei de alimentare.

Frecvența constantă a tensiunii de alimentare constituie un deziderat major atât pentru buna funcționare a receptoarelor, cât și pentru funcționarea la parametrii nominali a mașinilor de lucru antrenate de motoare de curent alternativ. De valoarea frecvenței depinde și precizia aparatelor de măsură. Variațiile de frecvență pot fi cauzate de salturi importante de sarcină sau de avarii grave în sistem, originea acestora putând fi consumatorii de energie electrică.

Menținerea constantă a frecvenței industriale de 50 Hz este o problemă la nivel de sistem energetic, fiind legată de puterea aflată în rezervă în cadrul centralei electrice. În anumite situații, când posibilitățile de producere a energiei electrice sunt limitate, se decide întreruperea alimentării unor consumatori in vederea menținerii cât mai constantă a frecvenței în sistem.

În sistemele electroenergetice navale abaterile maxime admise ale frecvenței sunt de ± 0,5 Hz.

Simetria tensiunilor este condiția în baza căreia sistemului tensiunilor de faza trebuie să-i corespundă trei fazori egali și defazați cu 120°.

Cauzele care pot duce la nesimetrie tensiunilor pot fi, pe de o parte instalațiile de producere și transport, independente de consumatori, iar pe de altă parte sarcinile dezechilibrate ale consumatorilor.

Puterea necesară este o condiție globală a consumatorilor și unul dintre criteriile esențiale de proiectare.

1.2 REGIMURILE DE FUNCȚIONARE ALE

CONSUMATORILOR NAVALI

Elementele consumatoare de energie electrică de pe o navă servesc unor scopuri dintre cele mai diferite și de aceea centrala electrică nu este solicitată constant în timp ce centralele terestre au o solicitare de încărcare strict determinată, la bord se deosebește o întreagă serie de stări dintre care fiecare în parte, pe timpul duratei sale, denotă o desfășurare particulară.

Producerea de energie electrică trebuie să se facă în mod economic la majoritatea

stărilor, în sensul că agregatele trebuie să fie bine utilizate. În afară de aceasta, trebuie să avem, pentru fiecare regim, o rezervă potrivită pentru ca in cazul defectării unui agregat generator să se asigure alimentarea cu energie a tuturor consumatorilor de importanță vitală pentru exploatare.

Aceasta presupune o cercetare temeinică prin care să se determine care consumatori

trebuie alimentați în fiecare regim de exploatare a navei.

1.2.1 REGIMUL DE MARȘ

Este regimul de exploatare normala a navei. Nava se deplasează cu întreaga putere a mașinilor și fără modificarea vitezei timp de zile sau săptămâni. Toate mașinile auxiliare asociate exploatării mașinii principale funcționează continuu și uniform. De asemenea, ventilatoarele din sala mașini, instalațiile refrigerente, instalația cârmei cât și alte instalații sunt în funcțiune.

Pompele pentru exploatarea navală propriu-zisă se folosesc, de cele mai multe ori, la perioade regulate(ex: pompele de balast, pentru restabilirea asietei; pompele de incendiu pentru spălarea punților, pompa de santină pentru evacuarea reziduurilor).

Pompele pentru alimentarea cu apa potabilă și apă tehnică, precum și pentru scopurile sanitare, lucrează regulat și de cele mai multe ori cu un maxim în orele dimineții.

Mașinile pentru scopuri gospodărești, instalațiile de ghidare ale navei și instalațiile de telecomunicații se folosesc la parametri normali.

Iluminatul se folosește mai ales noaptea, dar este utilizat, într-o măsură mai mică și pe timpul zilei.

1.2.2 REGIMUL DE STAȚIONARE FARĂ OPERAȚIUNI

Este situația în care nava se află ia cheu in așteptarea unei noi încărcături, pentru

reparații sau din alte motive.

La bord nu există echipaj decât pentru asigurarea unui serviciu de pază sau întreținere.

Nu sunt utilizate decât instalațiile gospodărești și cele de iluminat, amândouă într-o

măsură restrânsă. Necesarul de putere va fi deci mic, el putând fi asigurat ușor de un singur generator sau chiar de un generator de staționare, dacă acesta există.

1.2.3 REGIMUL DESTATIONARE ÎN PORTURI CU OPERAȚIUNI DE ÎNCĂRCARE Șl DESCĂRCARE

Este un regim de exploatare al navei în care aceasta se află într-un port îmbarcând sau debarcând marfă.

În acest regim de exploatare, mai pot solicita energie electrică următoarele tipuri de

consumatori: instalațiile refrigerente pentru păstrarea și conservarea alimentelor, vinciurile de manevră, cabestanul, pompele de santină sau de balast, instalațiile gospodărești, instalația de iluminat și altele.

1.2.4 REGIMUL DE MANEVRĂ

Acest regim se caracterizează prin aceea că nava efectuează deplasări pentru acostare, se deplasează în ape înguste, pe canalele fluviilor sau pe canalele de intrare în porturi. Trebuie, așadar, avut în vedere că cerințele antrenărilor de punte sau cele legate de mașina principală vor fi mai ridicate decât în timpul marșului.

1.2.5 REGIMUL DE AVARIE

Regimul de avarie presupune existența la bord a unui incendiu, a unei găuri de apă sau alte motive care pot periclita alimentarea normală cu energie.

La incendii se vor folosi pompele de incendiu și santină, ventilatoarele fiind oprite. În cazul pătrunderii apei în navă, se folosesc pompe de santină, mersul mașinii principale fiind diferit în funcție de gravitatea avariei.

Cu alte cuvinte, în acest regim de exploatare centrala poate fi solicitată intens datorită capacităților mari a pompelor de incendiu, balast sau santină, care întrec necesitățile obișnuite. De aceea orice navă este prevăzută cu cel puțin un generator de avarie.

Uneori, este posibil ca prin deconectarea fără ezitare a tuturor instalațiilor care nu

prezintă importanță vitală să se asigure puterea necesară consumatorilor esențiali.

SARCINI ELECTRICE DE CALCUL

2.1 CONSIDERENTE TEORETICE

În cadrul instalațiilor electrice, sarcina electrică reprezintă o mărime care caracterizează

consumul de energie electrică. Mărimile utilizate frecvent în acest scop sunt puterea activă P,

puterea reactivă Q, puterea aparentă S și curentul I.

În proiectarea instalațiilor electrice este necesar să se cunoască în primul rând puterea

activă absorbită de către:

– receptoare pentru dimensionarea circuitelor de receptor;

– grupuri de receptoare pentru dimensionarea tablourilor de distribuție ale acestora;

Caracteristicile tehnice nominale ale receptoarelor sunt:

– puterea activă Pn sau aparentă Sn;

– tensiunea Un;

– conexiunea fazelor;

– curentul In;

– randamentul ;

– factorul de putere cos;

– relația dintre curentul de pornire Ip și curentul nominal In ,sub forma raportului IpIn.

În cazul receptoarelor realizate pentru un regim de lucru intermitent (motoare electrice),se

specifică și durata relativă de acționare .

Puterea instalata a unui receptor reprezintă puterea sa nominală raportată la durata de

acționare =1,

În care este o mărime relativ subunitară. Prin urmare puterea instalată a unui

receptor este mai mică sau cel mult egală cu puterea nominală a acestuia.

În cazul receptoarelor caracterizate prin puterea aparentă nominală , puterea instalată

este dată de relația

Pentru un grup de n receptoare puterea instalată totală se determină ca sumă a puterilor

instalate a receptoarelor componente

Puterea activă absorbită care se ia în considerare în calcul pentru grupuri de cel puțin patru receptoare se numește putere cerută sau de calcul. Puterea cerută reprezintă o putere activă convențională de valoare constantă, care produce în elementele instalației electrice același efect termic ca și puterea variabilă reală, într-un interval de timp determinat, în perioada de încărcare maximă.

Datorită numărului mare de consumatori care diferă între ei prin puterea nominală, destinație, durata de funcționare, sarcini în diferite regimuri de funcționare, calcularea cu precizie a puterii cerute este deosebit de dificilă.

Puterea consumată de centrala electrică navală CEN depinde de o serie de factori ca:

– puterile nominale ale consumatorilor;

– numărul de consumatori în funcțiune;

– încărcarea și regimurile de funcționare;

Determinarea prin calcul a puterilor cerute se face prin diferite metode, utilizate în funcție

de stadiul proiectării și nivelul la care se efectuează calculele. Deoarece calculele trebuie

efectuate la toate nivelele instalației electrice, începând de la cele inferioare (receptoare) și până

la cele superioare (generatoare), sunt preferabile acele metode care se aplică acoperitor în toate

situațiile.

Principalele metode de determinare a puterilor cerute sunt:

– metoda coeficienților de cerere, aplicabilă la orice nivel și în special pentru grupuri mari de

receptoare;

– metoda formulei binome utilizată pentru grupuri restrânse de receptoare de forță având puteri

mult diferite între ele;

– metoda analizei directe, aplicabilă pentru un număr mic de receptoare atunci când se cunosc

diagramele de funcționare și încărcare ale acestora.

Dintre aceste metode am ales-o pe cea a tabelelor de sarcină (bilanțul energetic) metoda

aplicată și explicată în capitolul următor.

2.2 METODA COEFICIENȚILOR DE CERERE

Puterea activă cerută se determină prin înmulțirea puterii instalate cu un coeficient

subunitar kc (coeficient de cerere)

iar puterea reactivă cerută Qc se determină utilizând factorul de putere cerut cos

Coeficientul de cerere kc ține cont de randamentul , al receptoarelor, de gradul de încărcare al acestora, prin coeficientul de încărcare kj, de simultaneitatea funcționării lor, prin coeficientul de simultaneitate ks și de randamentul al porțiunii de rețea dintre receptoare și nivelul la care se calculează puterea cerută. Așadar, coeficientul de cerere este:

Coeficientul kj indică gradul de încărcare al receptoarelor. Datorită faptului că electromotoarele mecanismelor se aleg de obicei mai mari în putere, factorul de încărcare se

definește ca raportul dintre puterea necesară Pnec și puterea consumată Pn a electromotorului

respectiv.

Coeficientul ks caracterizează simulaneitatea funcționării consumatorilor. Se definește ca

raportul dintre puterea maximă necesară consumatorilor în funcționare dintr-o grupă Pmax și

puterea totală absorbită de toți consumatorii din acea grupă Ptot

Randamentul , al receptoarelor se ia în considerare numai la acele receptoare, pentru

care puterea instalată Pi, sau cea nominală Pn, semnifică puteri utile, cum este cazul motoarelor

electrice, la care puterea nominală reprezintă puterea mecanică la arbore.

Factorul de putere cosφ caracterizează consumul de putere reactivă Qc al receptoarelor

care absorb puterea activă Pc în condițiile reflectate de coeficientul de cerere kc.

Coeficienții de cerere și factorii de putere ceruți sunt determinați experimental pe baze

statistice, pentru diferite receptoare. Toate receptoarele cărora le corespund aceleași valori

pentru perechea de mărimi(kc,cos), se încadrează într-o așa numită categorie de receptoare.

Puterea cerută de consumatorii care fac parte din aceiași categorie de receptoare k este:

În care kc este coeficientul de cerere pentru categorie de receptoare considerată. Acest

coeficient este extras din cartea "Proiectarea instalațiilor electrice industriale" de Dan Comșa,

pagina 21.

Puterea cerută de receptoarele care fac parte dintr-o aceiași categorie k, este dată de:

în care este coeficientul de cerere corectat al categoriei respective de receptoare.

Cazurile limită de corecție sunt;

– n < 4 , când coeficientul ka de influență a numărului de receptoare este ka = 1, adică pentru un

număr de receptoare mai mic decât patru puterea cerută este egală cu sume puterilor instalate

ale receptoarelor;

– n>>50, ka >>10 ceea ce înseamnă că pentru un consumator de calcul cu un număr foarte

mare, corecția coeficientului de cerere este nulă.

Având determinate puterile cerute de receptoarele din fiecare categorie cu relația

anterioară, puterea cerută totală la nivelul consumatorului de calcul este:

m reprezentând numărul categoriilor de receptoare.

Calculul puterilor reactive cerute se face, de asemenea, pentru fiecare categorie în parte,

puterea reactivă totală rezultând ca suma a acestora:

în relațiile anterioare:

– [Kw] reprezintă puterea activă cerută de grupa k de receptoare;

– [Kvar] reprezintă puterea reactivă cerută de grupa k de receptoare;

– coeficientul de cerere al grupei k de receptoare. Factorul de putere mediu este:

Coeficienții de cerere și tangenta unghiului ( pentru cele opt grupe de receptoare precum

și puterile activă și reactivă sunt:

Grupa I:

Grupa II:

Grupa III:

Grupa IV:

Grupa V:

Grupa VI:

Grupa VII:

În aceste condiții puterea activă totală Pc este dată de suma algebrică a puterilor active

pentru fiecare grupă de receptoare în parte. Puterea reactivă totală se determină în mod analog.

Puterea cerută totală și factorul de putere global sunt:

BILANȚUL ENERGETIC AL NAVEI

3.1 SCOPUL BILANȚULUI ENERGETIC NOȚIUNI DE BAZA

Pentru a putea determina mărimea unei centrale electrice navale, se calculează pe baza

felului și consumului elementelor absorbante de energie electrică existente solicitările lor de

moment.

În calculele de dimensionare a centralei electrice s-au definit o serie de noțiuni fundamentale. Astfel, puterea nominală a centralei este puterea maximă a agregatelor generatoare de energie electrică.

Puterea nominală a elementelor consumatoare este o noțiune separată ea trebuind să fie

furnizată de centrală, aceasta trebuind să acopere și pierderile mecanice.

Valoarea de racordare este suma puterilor nominale ale instalațiilor consumatoare de

energie electrică. De cele mai multe ori, deoarece la bord există un număr mare de consumatori,

nu se poate admite luarea în considerare a pierderilor introduse de acestea la solicitarea centralei.

Factorul de încărcare sau gradul de utilizare este un coeficient ce caracterizează sarcina

maximă produsă la un moment dat la o anumită putere.

Factorul de simultaneitate constituie legătura dintre sarcina maximă ce poate fi introdusă

de o grupă de consumatori și suma sarcinilor maxime individuale ale consumatorilor din grupă

respectivă aflați în funcțiune.

3.2 ALEGEREA FACTORULUI DE ÎNCĂRCARE

Acest factor arată cât anume din valoarea de racordare a puterii este efectiv folosită.

Mărimea acestui factor rezultă din raționamente logice și este determinat prin măsurători de

exploatare la instalații comparabile cu cea studiată.

Un factor de încărcare unitar este, practic, imposibil mai întâi datorită faptului că nu se

poate pune întotdeauna în corespondență exactă puterea mașinii de antrenare cu puterea

cerută de acționare.

Se poate considera la antrenările corect dimensionate că factorul de încărcare este în jur

de 0,9.

Există o întreagă serie de consumatori, așa cum sunt compresoarele de aer și cele frigorifice, pompele cu piston sau cele cu roți dințate, care în exploatare au nevoie de întreaga lor putere. Acestea au nevoie de un cuplu de rotație constant și deci de o putere constantă.

Sunt posibile și sarcinile parțiale însă, în bilanțul energetic, se consideră cazul cel mai nefavorabil.

Aparatele termoelectrice necomandate și lămpile cu incandescență consumă întreaga lor

valoare de racordare pentru acestea poate fi ales așadar un factor de încărcare unitar.

În cazul mașinilor cu rotor, puterea de antrenare depinde de capacitatea sarcinii. Factorul

pe încărcare poate varia de la 0,3 pana la 0,9. Mașinile unelte funcționează cu un factor de

încărcare de 0,5.

Instalațiile de navigație, de telecomunicații și radio funcționează cu un factor cuprins între

0,3 și 0,4.

3.3 FACTORUL DE SIMULTANEITATE

Fiecare aparat electric receptor este caracterizat, în primul rând, prin puterea sa activă

nominală atunci când este alimentat cu tensiunea și frecvența pentru care a fost construit.

Consumul efectiv de putere din centrala electrică a unei nave prezintă variații în timp în

raport cu orele zilei (variații orare), cu zilele anului (variații sezoniere). Curbele care redau

aceste variații în timp ale puterii cerute de un consumator de tipul unei tanc petrolier sunt

curbele de sarcină zilnice sau curbele de sarcină anuale.

Din curbele de sarcină se constată că fiecare consumator prezintă un consum maxim de

putere, numit vârf de sarcină, ce poate apare o singură dată sau de mai multe ori în intervalul

ales. Acest vârf de sarcină constituie o mărime importantă pentru dimensionarea instalației de

alimentare cu energie electrică a consumatorului respectiv (nava).

Se constată că, majoritatea cazurilor, consumul maxim într-un interval de timp diferă

sensibil de puterea instalată totală în aparatele receptoare de care dispune nava. Această

situație se explică prin varietatea și numărul mare de aparate electrice receptoare de care

dispun navale maritime, care nu ajung decât în mod excepțional să fie utilizate simultan și la

puterea lor nominală.

Această situație este caracterizată de coeficientul, sau factorul de simultaneitate definit

de raportul:

unde P[Kw] constituie puterea electrică activă consumată la un moment dat iar [Kw] este

puterea electrică totală instalată în receptoarele consumatorului.

3.4 INTRODUCEREA BILANȚULUI ENERGETIC

Pentru realizarea la bordul navei a unei rețele de distribuție bine dimensionată, precum și

pentru alegerea cât mai corectă a echipamentului de comandă și protecție a agregatelor, este necesar un calcul cât mai exact al puterii și al numărului de surse de energie.

Alegerea rațională a puterii și a numărului de agregate pentru centralele electrice navale

are o mare însemnătate la proiectarea și exploatarea navelor, determinând în același timp

valoarea investițiilor de construcție și întreținere.

Pentru stabilirea puterii generatoarelor centralei electrice a unei nave petrolier de

65.000 dtw, cunoscându-se numărul și tipul consumatorilor de la bord, precum și puterea

electrică instalată a acestora, s-a efectuat un calcul tabelar ce oferă o imagine de ansamblu, pe

regimuri de funcționare și pe grupe de consumatori, a bilanțului energetic al navei.

Consumatorii au fost împărțiți, în funcție de destinație, și de regimul lor de funcționare, în

următoarele grupe:

– grupa I (mecanisme principale în compartimentul mașină) include consumatorii ce

deservesc motorul principal și a căror întrerupere din funcționare are repercusiuni negative

imediate asupra bunei funcționări a navei în ansamblu. Din acest motiv toți acești consumatori

sunt dublați.

– grupa II (mecanisme auxiliare în compartimentul mașină) reunește consumatori a căror

întrerupere în alimentarea cu energie electrică nu are repercusiuni imediate în raport cu buna

funcționare a navei;

– grupa III (mecanisme de punte) cuprinde consumatori electrici ai instalației de ancorare,

acostare, consumatorii de la cârmă și cei ce deservesc bărcile de salvare, precum și cei ai

instalației de manevrare a scărilor de bord;

– grupa IV (instalația frigorifică, ventilație și condiționare) reunește consumatorii din cadrul instalației de ventilație forțată de compartimentul mașini, cei ai instalației de păstrare a alimentelor și consumatorii utilizați la condiționarea aerului în cabinele echipajului și în alte încăperi și compartimente;

– grupa V ( utilaj de navigație electronică la 380 V, 50Hz) reunește consumatorii utilizați pentru determinarea poziției navei și consumatorii radio;

– grupa VII (echipament atelier mecanic);

– grupa VIII (instalația de iluminat la 220 V, 50Hz) reunește consumatorii de instalației de iluminat interior și exterior precum și luminile de navigație în cadrul grupelor s-au făcut diferențieri în ceea ce privește regimul de funcționare al fiecărui consumator și anume:

– regim de funcționare de lungă durată, receptoarele de energie electrică ce funcționează în acest regim caracterizându-se prin aceea că au sarcină constantă sau puțin variabilă în timp;

– regim de funcționare intermitent, agregatele ce funcționează în acest mod având sarcină mult variabilă în timp. In bilanțul energetic acești consumatori, sunt trecuți între paranteze.

În bilanțul energetic figurează rubrici pentru denumirea consumatorilor, numărul de consumatori de același fel, puterea nominală , puterea absorbită , puterea absorbită totală.

Din cataloage s-au luat valorile factorului de putere nominal cosφ și cele ale randamentului nominal , pentru fiecare motor electric în parte.

În toate regimurile de funcționare ale centralei electrice navale, la fiecare grupă, s-a avut în vedere numărul de consumatori în funcțiune, factorul de încărcare și puterea absorbită de fiecare consumator în parte.

Puterea consumată Sc s-a stabilit având în vedere numărul de consumatori de aceeași categorie aflați în funcțiune și factorul de încărcare.

unde n este numărul de consumatori de același tip aflați în funcțiune, Kinc reprezintă coeficientul

de încărcare definit

Sa fiind puterea aparentă absorbită de un electromotor, în [kw].

După nominalizarea consumatorilor și completarea rubricilor corespunzătoare fiecărui regim de lucru al centralei electrice, pentru fiecare grupă de consumatori în parte, s-a determinat puterea aparentă absorbită totală prin însumarea puterilor absorbite de consumatorii ce funcționează în acel regim:

relație în care Sag [Kva] este puterea aparentă absorbită de fiecare grupă pentru un regim de lucru al centralei, m reprezintă numărul grupelor de consumatori, iar Sai [Kva] este puterea aparentă absorbită de consumatorul i, al grupei respective, în fiecare regim de funcționare.

Prin însumarea puterilor aparente totale absorbite de consumatorii constanți și intermitenți, se obține puterea aparentă totală absorbită de centrală în fiecare regim de lucru.

ALEGEREA GENERATOARELOR Șl MOTOARELOR PRIMARE DE ANTRENARE

4.1 ALEGEREA GENERATOARELOR SINCRONE

Sarcina totală calculată prin metoda tabelară din bilanțul energetic, constituie o mărime de bază pentru alegerea numărului optim și a puterii generatoarelor instalate în centrala electrică.

Se recomandă ca numărul de tipodimensiuni să fie minim pentru simplificarea întreținerii, reparațiilor și distribuției sarcinilor între generatoarele ce funcționează în paralel.

Alegerea tipului generatoarelor se face funcție de posibilitatea de antrenare a acestora de către mașina primară.

Normele prevăd existența la bord a cel puțin unui generator de rezervă, care să poată prelua sarcina în cazul defectării sau reparației unuia dintre generatoarele aflate în funcțiune. La bord, deasemenea, va trebui să existe și un generator de avarie cu rolul de a intra în funcțiune atunci când centrala electrică este avariată, furnizând energie electrică consumatorilor de importanță vitală pentru menținerea securității navei.

În timpul funcționării, generatoarele se consideră că vor fi încărcate cu o sarcină ce nu depășește 70 – 80 % din puterea nominală.

Pentru asigurarea unei puteri de consum optime, în practică se utilizează două metode:

– funcționarea în paralel a unui număr corespunzător de generatoare;

– deconectarea consumatorilor neesențiali, în trepte, când sarcină depășește anumite valori.

Alegerea puterii centralei electrice navale se face ținând seama de crearea unor condiții optime de exploatare. Acestea sunt:

– generatoarele electrice să funcționeze la putere nominală cu o variație de maxim 10% ;

– numărul și puterea generatoarelor trebuie astfel alese încât în toate regimurile de funcționare sa fie încărcate cu 70-80 % din puterea nominală. Generatoarele sunt încărcate sub puterea nominală pentru a putea prelua șocurile de curent în cazul când puterea centralei este apropiată de cea a consumatorilor;

– nu se admit încărcări de 30% sau mai mici;

– turația generatoarelor se va menține constantă astfel încât frecvența rețelei să nu aibă variații mai mari de ± 0,2 [Hz] față de cea nominală.

Pentru menținerea tensiunii între valorile admisibile se folosesc regulatoare automate de tensiune. Asigurarea încărcării generatoarelor ,între limitele 30 % minim până la 70-80% maxim, se face cuplând generatoarele în paralel sau prin decuplarea acestora.

Menținerea constantă a turației, implicit a frecvenței, cade în sarcina regulatorului automat de turație.

Calculul de alegere a generatoarelor se rezumă la determinarea puterii acestora pe bază bilanțului energetic.

Din bilanțul energetic se consideră cel mai încărcat regim de funcționare, respectiv regimul de staționare cu operațiuni de încărcare.

Ținând cont de căderea de tensiune din rețea

U=5%

de coeficientul de simultaneitate global al regimului considerat K=0,4 și de factorul de putere

cosφ=0,8

se determină puterea totală a regimului

Având în vedere cerința de încărcare a generatoarelor de maxim 70-80% din sarcina nominală, se determină puterea generatoarelor în funcție de acest regim:

Se adoptă două generatoare de 500 [Kw].

De obicei, la bordul navelor se prevede posibilitatea montării de consumatori suplimentari, în funcție de necesități în acest scop, prevede o rezervă a puterii centralei de puterea generatoarelor astfel alese va fi majorată cu o valoare cuprinsă între 15 și 30%. În proiect s-a prevăzut, o majorare a puterii centralei cu 25% rezultând puterea centralei respectiv a generatoarelor instalate la bord

Puterea adoptată în acest caz este de 1500 [Kw], putere furnizată de două generatoare

de 750 [Kw] ce funcționează în paralel. Puterea aparentă, la un factor general de putere 0,8 , este

Puterea aparentă a unui generator va fi:

relație în care este puterea generatoarelor în funcțiune, iar este puterea unui generator, considerând că în cel mai încărcat regim funcționează două generatoare în paralel.

În conformitate cu afirmațiile anterioare se aleg, ca surse de energie electrică la bordul navei, trei generatoare dintre care două vor funcționa, în funcție de necesități, în paralel pentru a acoperi puterea cerută de consumatori și unul de rezervă.

Generatoarele alese sunt de tip GEN 940-1500. Sunt generatoare sincrone cu autoexcitație, la turația de 1500 [rot/min] și sunt antrenate cu motoare cu ardere internă diesel tip MB 820 Bb furnizate de uzina „Faur București" (vezi "Mașini electrice rotative fabricate în România" de dr. ing. Constantin Răduți și dr. ing. Eugen Nicolescu).

Mărimile specifice generatoarelor sunt date de către fabricant. Cheltuielile de exploatare () pentru producerea energiei electrice timp de o ora, la sarcină totala a generatoarelor, se compune din cheltuielile independente de sarcina generatoarelor () și cheltuieli pentru combustibil și lubrifianți.

Cheltuielile se pot scrie sub forma:

unde k este un coeficient ce se determină din diagrama de sarcină a diesel-generatorului.

Cheltuielile de exploatare devin:

obținându-se astfel costul unui Kwh

După cum reiese din bilanțul energetic și din calculele făcute anterior, generatoarele trebuie să acopere pe lângă vârful de sarcină al regimului de funcționare și pierderile de putere din rețeaua de distribuție a navei. Puterea astfel obținută este puterea ce trebuie acoperită de generatoare.

Pierderea de putere în rețeaua de distribuție a navei este mărime variabilă în funcție de regimul de funcționare a navei. Producerea de putere trebuie să se facă, indiferent de regimul de funcționare în care se afla nava, cât mai economic.

La toate motoarele de acționare a generatoarelor, consumul economic de combustibil pe Kwh se găsește în domeniul 3/4 din sarcină, randamentul generatoarelor fiind maxim în acest interval. De această afirmație se va ține cont la realizarea fiecărei stări de exploatare a navei , astfel încât agregatele să fie cât mai bine utilizate.

La aceste condiții de ordin economic se mai adaugă și cerințele cu privire la siguranța de exploatare a navei ce sunt stabilite de diferite prescripții, de regulă cele referitoare la serviciul asigurat prin defectarea unui generator, condiție îndeplinită în cadrul acestui proiect prin prevederea unui generator de rezervă de același tip cu cele aflate în funcțiune.

Solicitarea centralei electrice de agregatele în funcțiune indicată de factorul de încărcare în toate regimurile de lucru. Acest factor se determină cu relația:

unde constituie puterea totală aparentă a consumatorilor aflați în funcțiune în regimul considerat iar reprezintă puterea aparentă a generatoarelor în lucru, în același regim.

4.2 ALEGEREA MOTOARELOR PRIMARE DE ACȚIONARE

Ca motoare primare pentru acționarea generatoarelor sincrone de la bordul navelor se folosesc turbine cu abur, turbine cu gaz și cu ardere internă deoarece prezintă următoarele avantaje:

– se pornesc ușor;

– au randamentul ridicat;

– au gabaritul relativ redus.

Au însă dezavantajul că nu pot fi încărcate peste sarcina nominală decât cu un procent redus de circa 10%.

Motoarele primare trebuie să funcționeze fără a produce vibrații dăunătoare.

Deasemenea, pentru ca tensiunea și frecvența curentului produs de generatoare să fie menținute constante la variații bruște de sarcină, motoarele primare trebuie să aibă o putere suficientă pentru antrenarea generatorului atât la sarcină nominală cât și la suprasarcină admisibilă pentru generator.

Motorul va fi prevăzut cu regulator automat de tensiune.

Variațiile de turație admise sunt de cel mult 6,5% din turația nominală la puteri ale motorului mai mici de 80 CP și de cel mult 4,5% pentru puteri mai mari. La conectarea instantanee a sarcinii totale se admite o variație de maxim 20%.

Timpul necesar pentru atingerea unei alte turații stabilizate trebuie să fie de cel mult 5 [sec].

În cazul funcționării generatoarelor în paralel, sarcina trebuie să se repartizeze între acestea proporțional cu puterea fiecărui generator, cu o precizie mai bună de 10% față de puterea nominală a generatorului considerat, în cazul variației sarcinii totale în limitele 20-100%.

Motoarele de antrenare ale generatoarelor se aleg cunoscand randamentul și puterea Pn [Kw] fiecărui generator al centralei.

Știind

rezultă

Puterea de cuplare care este absorbită

Se va alege un motor diesel tip MB 820 Bb cu următoarele caracteristici tehnice:

– putere nominală Pn [Cp] – 1200 ;

– turație nominală n[rot/min]- 1500;

– variația turației la modificarea cu 100% a sarcinii- 4 ;

– variația tensiunii la modificarea cu 100% a sarcinii- 2%.