Stabilirea secțiunilor liniilor electrice de racord și a magistralei [608100]

Capitolul 4
Stabilirea secțiunilor liniilor electrice de racord și a magistralei
duble care alimentează posturile de transformare

4.1. Considerații preliminare
În acest capitol se va efectua calculul pentru dimensionarea secțiunii magistralei duble și
dimensionarea liniilor electrice de racord care alimentează posturile de transformare. Calculul
electric a magistralei și a liniilor de racord se va efectua în prog ramul MathCAD.

4.2. Determinarea secțiunii economice a conductoarelor liniilor electrice
Procesul de elaborare a soluțiilor în cazul proiectării rețelelor electrice este condiționat de o
serie de particularități specifice lor, anume:
 De regulă există un număr mare de variante posibile;
 Soluția trebuie dată în așa fel încât obiectivul sa fie construit în etape, în concordanță cu
evoluția sarcinii(proiectare dinamică);
 Rețelele sunt înglobate într -un tot unitar -sistemul energetic – deci trebuie să se țină seama de
parametrii echipamentelor existente în sistemul respectiv, precum și de dezvoltarea acestuia în
ansamblu.

În general pentru compararea soluțiilor de realizare a unei teme de proiectare, soluții situate
de obicei în apropierea unui optim tehnic, este necesar un criteriu obiectiv pentru stabilirea
eficienței economice a acestora, rezultatul fiind o soluție de realizare a unui obiectiv energetic, cu
eficiența cea mai mare se află:
 Criteriul cheltuielilor de calcul anuale;
 Criteriul cheltuielilor totale actualizate;
 Criteriul duratei de recuperare a investițiilor;
 Criteriul bilanțului energetic total.

La dimensionarea tehnică a instalațiilor și elementelor componen te ale obiectivelor de
investiții din domeniul producerii, transportului, distribuției, și utilizarii energiei electrice și
termice, cel mai utilizat este criteriul cheltuielilor totale actualizate( CTA ). Motivul principal al
folosirii acestui criteriu con stă în aceea că realizarea unui obiectiv energetic se face în mai multe
etape și deci cheltuielile nu se fac în același moment. Pentru raportarea cheltuielilor la același an se
introduce noțiunea de acualizare, care reprezintă operația de raportare la un s ingur moment a
cheltuielilor sau a veniturilor realizate în momente diferite de timp.

4.2.1. Stabilirea soluției economice
În scopul stabilirii soluției economice pentru conductoarele active ale liniilor electrice, se
folosește o expresie matematică simplificată a CTA, cu relația:
CTA  1  (C
L i  Cex CPW )[$ / km]

Cap. 4. Dimesionarea magistralei 51
În aceasta sunt însumate valorile actualizate (la anul punerii în funcțiune a liniei), ale
cheltuielilor de investiții C i , ale cheltuielilor de exploatare C ex , care nu depind de consumurile
proprii tehnologice și cheltuielile de exploatare CPW datorate consumurilor proprii tehnologice de
energie. Raportând toate aceste cheltuieli la lungimea L a liniei, se obține expresia totalului
cheltuielilor actualizate specifice.
Pornim cu calculul stabilirii secțiunii de la parametrii pe care îi cunoaștem:
L= 5,5 km (lungimea liniei)
Un= 10 kV (tensiunea nominala a liniei)
Pmax dată este de 20 MW, dar se estimează că în primii 5 ani de funcționare a consumatorului
industr iali, sarcina va crește cu o rată medie anuală de r%  3% .
P  20 MW
P1  20  P 3 

 100 
P1  20.6 MW
P2  P1   P1 3 


P2  21.218 100 
MW
P3  P2   P2 3 


P3  21.85454 100 
MW
P4  P3   P3 3 

 100 
P4  22.5101762 MW
Pmax P4   P4 3 

 100 
Pmax  23.1854815 MW

Termenii care intervin au următoarele expresii:
Ci  ( A  K  s)  L
[$]

S- este secțiunea conductoarelor de fază (active)
Smax  2185 mm2
A- componenta investiției specifice în linie care este independentă de secțiunea acesteia,
costul proiectului, a manoperei, a amenajării căilor de acces. [$]
A  27300 ub / km

K*s- cheltuieli de investiție ce depind de secțiune

K- panta de creștere a costului unui km de linie cu secțiunea conductorului de fază(costul
specific al liniei)
K  370 ub / km.mm^2

Valoriile parametriilor au fost alese în funcție de tipul liniei.
Rezultă cheltuieli de investiții de ordinul miilor de do lari:
Ci  903100 mii ub/km

Cap. 4. Dimesionarea magistralei 52
Cex  (cex  TtSL )  L [$]

Cex- cheltuielile anuale de exploatare (întreținere), în $/km care nu depind de consumurile
proprii tehnologice (CPT): pentru exploatarea, întreținerea, repararea curentă și capitală a
instalațiilor(materiale, retribuții, deplasări, piese de schimb, etc). În general aceste cheltuieli se pot
calcula cu un procent din cheltuielile de investiții și se consideră independente de secțiunea
conductoarelor de fază.
TtSL – mărimea actualizată a duratei calendaristice t SL în ani, se calculează cu relația:

1 
TtSL  a 1  (1  a)
TtSL  11.2577833  tSL


a – rata anuală de actualizare a cheltuielilor – valoarea suplimentară care se realizează anual
prin utilizarea în scopuri productive a unei unitați monetare, este normată la valoarea de
a  0,081 ani (8%/an).

tSL – durata de serviciu a liniei, e ste normată la valoarea de tSL  30ani
cex  1.75
În urma calculelor, cheltuielile de întreținere anuale sunt:
Cex  108.3561 um

CPW  (PSM CPW TtSL )

PSM – pierderi de putere activă pe linie (CPT), calculate la sarcină maxima, regim normal de
funcționare, în kW; se calculează cu expresia:
PSM  3RIM210 3
PSM  166.3974532 kW

R- rezistența electrică a conductorului de fază, în Ω
R   L

Smax
ρ – rezistivitatea electrică a materialului conductoarelor, considerată la 35*C
  28.2 mm2
km

IM – curentul maxim de calcul în regim norma l de funcționare, în A

IM Pmax 3
10
2
2 3Ucosi
IM  363.7539124 A
CPW – costul pe durata unui an actualizat al pierderilor de energie activă, corespunzător unui
consum propriu tehnologic de 1kW, în $/kWh.

Cap. 4. Dimesionarea magistralei 53
S
S max

1

0,8
0,6
0,4
0,2 Costul pierderilor de energie prin efect Joule -Lenz în conductoarele active ale liniei are două
componen te: una datorită necesității unor investiții pentru instalarea de puteri suplimentare în
centralele electrice cu scopul acoperirii pierderilor în rețele și cealaltă corespunzătoare pierderilor
propriu -zise:
Cp
Cpw 
SCE  CWan 

CP – costul unui kW instalat în central etalon, în $/kW, se consideră C P =1250 $/kW;
ub
Cp  1250 kW

TSCE – durata de serviciu a centralei etalon, se consideră T SCE =30 ani;
TSCE 30 ani

CW – costul unui kW (energie electrică activă pierdută), corespunzător treptei de tensiune la
care se construiește linia, în $/kWh;
CW  0.055 ub
kWh

ziπ – durata de calcul al cons umurilor proprii anuale de energie ( timpul anual de pierderi), în
h/an.

Pentru calculul lui zi π s-a folosit curba de sarcină clasată a consumatorului.

0 6 12 18 24 t[h]

Fig. 4.1. Curba de sarcină clasată a consumatorului racordat la barele stației de primire

zi   2  2  2  2  2  2  2 
1 3

zi  9.96  0.8 3 
h
zi 0.8 3 0.6 3 0.6 3 0.4 3 0.4 3

an   365ziT

Cap. 4. Dimesionarea magistralei 54
L an   3635.4

Costul pe durata unui an actualizat al pierderilor de energie activă este:
CPW  241.61367 ub

În urma calculelor rezultă consumul propriu de energie:
CPW  452606.782018

4.2.2. Cheltuielile totale actualizate
CTA  1 Ci  Cex  CPW

CTA  246511.8433059 ub

Se observă că cele trei componente depend de secțiunea conductoarelor de fază în mod diferit,
așa cum se poate observa în Fig.6.2 , în care s -a schițat o reprezentare grafică a celor trei elemente
ale cheltuielior în funcție de secțiune.

Fig. 4.2. Reprezentarea grafică a cheltuielilor totale actualizate în funție de secțiune
Valoarea secțiunii pentru care CTA ia valoarea minimă este secțiunea economică S ec.

Cap. 4. Dimesionarea magistralei 55
mm
4.2.3. Secțiunea economică
Pentru calculul secțiunii economice se folos ește formula:

Sec  IM
Sec  286.8660701 2
Pentru ca secțiunea economică, determinată prin aplicarea criteriului prezentat mai sus, să
poată fi comparată cu secțiunea tehnică în vederea stabilirii soluției pentru dimensionare, caloarea
calculată se rotunjește la cea mai apropiată valoare standardiz ată.

După rotunjire conductoarele sunt:
Sn= 300/50 mm2
SAl  294.9
SOL  49.5
Stot  344.4

Iadm  593 mm2
mm2
mm2
kA

Diametru cond  24.2 mm

4.2.4. Verificarea la temperatură în regim de durată

Temperatura conductorului fiind în strânsă legatură cu curentul de sarcină, verificarea va
consta de fapt în condiția:
Imax  Iadm

Imax- curentul de sarcină maximă prin conductorul de fază în regiumul cel mai greu, se
calculeazaă cu relația:
Pmax103
Imax2
32Ucosi
Imax  363.7539124 A

Imax  Iadm 3 CPWTtSL
K103