Instalatii de Alimentare cu Energie Electrica la Consumator

INSTALATII DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA LA CONSUMATOR

1. INSTALAŢII DE PRODUCERE, TRANSPORT S1 DISTRIBUŢIE A ENERGIEI

ELECTRICE

1. Sistem electroenergetic Un ansamblu de echipamente electrice interconectate intr-un spaţiu dat şi reprezentând un

tot unitar, cu o funcţionalitate bine determinată formează o instalaţie electrică. Echipamentele electrice ale instalaţiilor electrice sunt constituite din maşinile, aparatele,

dispozitivele şi receptoarele electrice interconectate în cadrul instalaţiei prin reţele electrice. Receptorul electric este un ansamblu electric care absoarbe energie electrică şi o transformă în altă formă de energie (mecanică, termică, luminoasă etc.) în scop util.

Ansamblul instalaţiilor electrice de producere, transport, distribuţie şi utilizare a energiei electrice, interconectate intr-un anumit mod şi având un regim comun şi continuu de producere şi consum de energie electrică, alcătuiesc un sistem electroenergetic.

După cum rezultă din definiţie, sistemul electroenergetic cuprinde: - instalaţiile electrice de producere a energiei electrice (generatoarele din centralele

electrice); - instalaţiile electrice de transport al energiei electrice (linii aeriene şi subterane, staţii de

transformare); - instalaţiile electrice de distribuţie a energiei electrice (linii, posturi de transformare,

tablouri de distribuţie, coloane, circuite); - instalaţiile electrice de utilizare a energiei electrice (receptoare electrice): Reprezentarea schematică a unui sistem electroenergetic este redată în figura 1 unde s-au

folosit notaţiile: CTE - centrală termoelectrică, CHE - centrală hidroelectrică, CNE – centrală nuclear-electrică, ST 1 staţie de transformare ridicătoare de tensiune, ST2 - staţie de transformare coborâtoare de tensiune, LEA - linii electrice aeriene, LES - linii electrice subterane, PT - post de transformare, Rl - receptoare de medie tensiune, R2 - receptoare de joasă tensiune.

Fig.1. Sistem energetic.

Sistemul electroenergetic naţional este realizat prin interconectarea sistemelor regionale create în jurul centralelor electrice amplasate în diferite zone geografice. Sistemul conţine mai multe noduri reprezentate prin centrale electrice sau staţii de transformare. Având în vedere că orice centrală conţine o staţie de evacuare a energiei electrice produse, se poate considera ca nodurile sistemului electroenergetic sunt constituite, practic, din staţii de transformare.

Sistemul energetic cuprinde, pe lingă sistemul electroenergetic, toate instalaţiile (neelectrice) care concură la punerea în mişcare a generatoarelor electrice din centrale precum şi

maşinile şi mecanismele antrenate de motoarele electrice din instalaţiile de utilizare.

2. Instalaţii de producere a energiei electrice Energia electrică se produce, practic în exclusivitate, în centrale electrice, care reprezintă un

complex de instalaţii care transformă o formă primară de energie în energie electrică.

1

1


Fig. 2. Sistemul energetic naţional (SEN)

Energiile primare se clasifică după cum urmează: - existente direct în natură: apă, vânt, căldură (energia solară); - legate chimic: cărbune, lemn, turbă, ţiţei, gaze naturale, gaze de furnal, gaze de

cocsificare;- legate în atomi.Schematic, procesul de transformare a energiei primare în energie electrică are loc ca în

figura 3. Producerea energiei electrice prin transformarea directă a energiei primare (generatoare MHD generatoare termoionice, celule solare), nu se aplică pe scară largă în centralele electrice, fiind încă în faza de cercetare, prototipuri, experimentări.

Fig. 3 Procesul de producere a energiei electrice

2

2


In funcţie de sursa de energie primară, principalele tipuri de centrale electrice sunt: centralele termoelectrice, centralele hidroelectrice şi centralele cu energie nucleară.

2.1. Centrale termoelectrice In prezent, cea mai mare parte a energiei electrice produse în lume se obţine în centrale

termoelectrice.Centrala termoelectrică transformă energia latentă a combustibililor în energie termică;

aceasta se cedează fluidului de lucru (apa-abur) şi este transformată de motorul termic (turbină) în energie mecanică, care la rândul ei, prin intermediul generatorului, se transformă în energie electrică.

Principiul de transformare a energiei termice în energie mecanică, intr-o centrală termoelectrică este următorul: în cazan are loc creşterea presiunii, prin încălzire, iar în turbina destinderea fluidului de lucru.

Fig. 4 Centrala termoelectrică

După felul energiei livrate, centralele termoelectrice se clasifică in: - centrale termoelectrice cu condensaţie, care produc numai energie electrică; - centrale electrice de termoficare, cu producere combinată de energie electrică şi termică. După tipul motorului termic, centralele termoelectrice sunt cu turbine cu abur, cu turbine cu

gaz sau cu motoare cu ardere internă. Pentru ca fluidul apa-abur, care lucrează în circuit închis, sa producă lucru mecanic, este

necesar ca, conform celui de-al doilea principiu al termodinamicii, el să evolueze între două surse cu temperaturi diferite: una caldă (T1) şi una rece (T 2).

In cazul centralelor termoelectrice sursa caldă se găseşte în cazan, din care fluidul de lucru iese sub formă de abur supraîncălzit şi la presiune ridicată, iar sursa rece în condensator, unde aburul destins în turbină este răcit şi se transformă în apa distilată.

Schema de principiu a funcţionării centralei termoelectrice cu condensaţie este reprezentată în figura 3. Principalele circuite: ale unei centrale termoelectrice sunt:

- circuitul abur-apă: apa de alimentare se pompează, prin pompa de alimentare şi preîncălzitorul de apă, în cazan, unde se supraîncălzeşte prin căldura degajată de arderea combustibilului. Transmiterea căldurii se face prin suprafeţele de încălzire, constând din ţevi ale cazanului. Aburul care iese din cazan, la presiune mare şi temperatură înaltă, se destinde în turbină. Energia cinetică a aburului, rezultată în urma variaţiei de volum, acţionează asupra paletelor rotorului turbinei, punându-l în mişcare de rotaţie şi transformându-se astfel în lucru mecanic.

3

3


După ieşirea din turbină, aburul se condensează în condensator. Condensatul care rezultă este trimis înapoi în cazan, cu ajutorul pompelor de condens şi de alimentare. Circuitul abur-apa este circuitul de bază al unei centrale termoelectrice cu turbine cu abur, el hotărând tipul şi randamentul acestor centrale;

Fig. 5. Schema tehnologică a unei CTE reale

4

4


Fig. 6. Diagrama apă-abur

- circuitul apei de răcire poate fi deschis, închis sau mixt, după felul şi debitul disponibil al sursei de apă pentru răcire. în cazul unui circuit deschis, apa de răcire se ia dintr-un râu, lac sau din mare şi se trece prin condensator unde absoarbe căldura eliberată prin condensarea aburului destins în turbină. Apa de răcire încălzită se evacuează înapoi în sursa, unde prin suprafaţă liberă a cursului de apa cedează mediului înconjurător cea mai mare parte din căldura absorbită. Necesarul de apă de răcire la o termocentrală cu abur fiind foarte mare (0,2 ...0,4 m3/kWh), când nu se dispune de apa de răcire suficientă se adoptă sistem ul de răcire în circuit închis sau mixt. La răcirea în circuit închis, apa încălzită în condensator şi pusa în circulaţie de către pompele de circulaţie, se răceşte în turnuri de răcire;

- circuitul aer-gaze: aerul, luat din atmosferă pentru ardere, preia produsele de ardere gazificate. Gazele de ardere străbat apoi suprafeţele de încălzire ale cazanului şi sunt refulate în atmosferă;

- circuitul combustibil-cenuşă: combustibilul se gazifica prin arderea sa în focarul cazanului, luând oxigenul din aer; energia chimică conţinută în combustibil este transmisă gazului sub formă de căldură. În acelaşi timp, corpurile incombustibile rămân sub formă de cenuşă şi zgură (in funcţie de natura combustibilului, ele pot reprezenta 1% dar pot ajunge şi la 40 -50%);

- circuitul electric constă din înfăşurările generatoarelor racordate la bornele generatoarelor şi schemele electrice de conexiuni ale centralei şi ale serviciilor interne. Tensiunea la borne a generatoarelor este de 6 sau 10 kV. Serviciile interne necesită 7 -10% din puterea instalată, mari consumatori interni fiind pompele de alimentare.

Toate procesele de transformare care au loc în circuitele unei centrale electrice sunt însoţite de pierderi. în figura 5 sunt prezentate simplificat, sub forma diagramei Sankey, procesele şi etapele de transformare ale energiei intr-o centrală termoelectrică cu turbine cu abur.

Pentru cazul ideal al ciclului Carnot, randamentul termic maxim este:

5

5


unde: T 1 este temperatura sursei calde; T2 - temperatura sursei reci. Valorile des întâlnite la centralele termoelectrice (Tl=545°C=818 K; T2=15°C=288 K)

definesc un randament termic ideal de 64,79%, dar în realitate randamentul este mai mic (30-40%) datorită pierderilor (fig. 4). Îmbunătăţirea randamentului termic prin creşterea lui T 1 este limitată tehnologic de materialul turbinei (maximum 650°C=923 K), iar prin scăderea lui T 2 este practic nerealizabilă, răcirea apei sub temperatura mediului ambiant nefiind posibilă.

Fig. 7. Diagrama Sankey - Randamentul şi pierderile într-o centrală

O creştere a randamentului se poate obţine prin: - preîncălzirea apei de alimentare, folosind căldura latentă de condensare a aburului care a

lucrat parţial în turbină şi care este preluat de la 3-5 prize intermediare ale turbinei. În funcţie de presiunea apei de alimentare, preîncălzitoarele sunt de joasă presiune, situate înaintea pompei de alimentare (3 -5 trepte la centrale moderne) şi de înaltă presiune, situate după pompa de alimentare (1-3 trepte);

- supraîncălzirea intermediară a aburului în 1 -2 trepte. Pentru aceasta, după o primă destindere în corpul de înaltă presiune al turbinei, aburul este readus în cazan şi supraîncălzit din nou în supraîncălzitorul intermediar. După aceea aburul trece în corpul de medie presiune a turbinei, iar apoi străbate în dublu flux corpurile de joasă presiune.

Cele mai importante centrale termoelectrice ale sistemului electroenergetic sunt: CTE Rovinari (1800 MW cu grupuri de 200 şi 315 MW), CTE Craiova - Işalniţa (1080 MW cu grupuri de 100 şi 315 MW), CTE Deva-Mintia (800 MW cu grupuri de 200 MW), CTE Luduş (800 MW cu agregate de 100 şi 200 MW).

O altă metodă de ameliorare a randamentului se poate considera şi producerea combinata de energie electrică şi termică. Acest lucru se realizează în centralele electrice de termoficare, care

6

6


furnizează, în afara energiei electrice, energie termică (sub formă de abur sau apă caldă) consumatorilor industrial sau urbani.

Consumatorii de căldură se împart în două categorii după niveluI de temperatură pe care il cer agentului termic şi care corespunde deci presiunii prizei:

- consumatori de căldură provenită din abur de joasă presiune (0,7 -2)105 N/m2, cum sunt consumatorii care folosesc termoficarea pentru încălzirea urbană;

a. b.

Fig. 8. Turbine cu contrapresiune a. şi cu condensaţie b.

- Consumatori de abur de presiune ridicată (6-15)105 N/m2, de obicei consumatori industriali care fo1osesc aburul în scopuri tehno1ogice.

Livrarea căldurii la consumator se poate face cu ajutorul turbinelor cu contrapresiune (fig. 8.a) sau al turbinelor cu condensaţie şi prize reglabile de abur (fig. 8.b).

La centralele de termoficare cu turbine cu contrapresiune există o strictă dependentă intre energia electrică livrată şi debitul de abur furnizat. Din acest motiv aceste centrale implică funcţionarea interconectată cu sistem ul energetic. O independentă limitată intre energia electrică şi debitul de căldură se poate obţine prin intercalarea unui acumulator de căldură intre ieşirea din turbină şi consumator, în cazul când consumatorul de căldură are nevoie de două presiuni de abur, diferite intre ele, aceasta se poate obţine prin fo1osirea a două turbine de contrapresiune distincte sau printr-un singur grup de contrapresiune şi priză reglabilă.

Funcţionarea centralelor de termoficare cu turbine cu condensaţie şi prize reglabile în sistemul energetic este independentă de cererea de abur a consumatorului, dar randamentul intern al turbinelor este mai coborât.

Dacă consumatorii industriali fo1osesc în principal abur, agentul termic pentru termoficarea urbană poate fi aburul, apa caldă (temperatura de ducere maximum 90°C, cea de întoarcere maximum 70°C) sau apa fierbinte (temperatura de ducere maximum 130-180°C, cea de întoarcere maximum 65 -70°C). Termoficarea cu apă fierbinte constituie azi soluţia cea mai eficientă şi este aplicată pe scară largă în tara noastră.

2.2. Centrale hidroelectrice Centralele hidroelectrice fo1osesc ca sursa primară energia hidraulică, potenţială şi cinetică

a căderilor de apă naturale sau artificiale, pentru producerea de energie electrică. Curentul de apă acţionează o turbină hidraulică care, la rândul ei, antrenează generatorul electric.

Puterea hidraulică Ph dezvo1tată de debitul de apă Q care curge intre două puncte situate intre ele la o diferenţă de nivel (o cădere) H este:

Ph = g Q H, (1)

7

7


unde: Q : este debitul de apă prin turbină, kg/s; H - diferenţa de nivel intre amonte şi aval, m; g - acceleraţia gravitaţională, m/s2.

Puterea mecanică la arborele turbinei hidraulice se exprima cu relaţia Pi = g Q H , (2)

Unde: este randamentul turbinei hidraulice, având valoarea cuprinsă intre 85 şi 92%. Considerând randamentul generatorului intre 95 şi 97,5% rezulta pentru o centrală hidroelectrică un randament global de peste 80 %.

Din analiza relaţiei (2) rezultă că pentru a produce aceeaşi putere sunt necesare fie un debit mare şi o cădere mică, fie o cădere mare şi un debit mic. Din acest punct de vedere, schemele de amenajare a centralelor hidroelectrice se clasifica in:

-CHE fără acumulare, pe firul apei; -CHE cu acumulare, instalate în derivaţie cu cursul natural al apei. CHE fără acumulare (pe firul apei) sunt amplasate chiar în albia râului, în imediata

apropiere a barajului. Au următoarele caracteristici: - se construiesc pe cursuri de apă cu debite mari (amenajări fluviale); - înălţimea de cădere a apei este data exclusiv de ridicarea de nivel realizată prin baraj,

Variantele posibilităţilor de dispunere a centralelor hidroelectrice (fig. 9) sunt: în corpul barajului (centrala baraj), la piciorul barajului, la una din extremităţile barajului sau divizată în două, jumătate la fiecare capăt.

a. b.

c. d.Fig. 9. Posibilităţi de dispunere a CHE;

a. în baraj; b. în aval; c. în subteran; d. soluţie combinată

8

8


Un exemplu, de acest gen, o constituie CHE Porţile de Fier I construită în colaborare cu R.S.F. Iugoslavia, fiecare tară având o putere instalată de 6 x 178 MW = 1068 MW.

La centralele hidroelectrice cu acumulare (derivaţie) apele râului sunt deviate pe un traseu care are o pantă mai mică decât panta naturală a râului iar înălţimea totală a amenajării este suma dintre înălţimea barajului şi câştigul de înălţime obţinut pe traseul amenajat, prin:

- ridicarea nivelului amonte (fig. 9.b) prin baraj. Căderea totală se compune din diferenţa de nivel Hmax la care se adaugă ridicarea nivelului de apă prin baraj Hb;

- coborârea nivelului aval (fig. 9.c) prin amplasarea centralei subteran. Apa este readusă la suprafaţă printr-un tunel de fugă cu pantă redusă.

- combinarea celor două soluţii (fig. 9.d.) prin construirea unei aducţiuni şi a unui castel de echilibru din care apa trece prin conducta forţată către sala maşinilor subterană. O asemenea schemă mixtă se întâlneşte la CHE Argeş care are o putere instalată de P=220 MW şi o diferenţă de nivel de H =324 m.

Amenajările hidroenergetice pot fi realizate: - De-a lungul unui râu, când aducţiunile se pot realiza de-a lungul văii, sub forma unui

canal deschis sau a unei conducte de coastă care urmăreşte o curba de nivel, sau în linie dreaptă cu ajutorul unui tunel care traversează relieful. Această soluţie s-a aplicat la CHE Sadu V (P=27 MW, H =400m) sau la CHE Bicaz (P=210 MW, H=143 m).

- Prin trecerea apei dintr-un riu intr-un altul, aparţinând aceluiaşi bazin hidrografic. Soluţia se aplică atunci când două râuri confluente curg paralel. la mica apropiere iar intre văi există o diferenţă de nivel. Apa, al cărui nivel a fost ridicat prin barare pe râul A, traversează printr-un tunel culmea despărţitoare a văilor ajungând în castelul de echilibru plasat pe versantul văii B şi coboară printr-o conductă forţată sau printr-un put frotat în sala turbinelor amplasată în construcţie supraterană sau subterană. O astfel de soluţie s-a utilizat la amenajarea Lotrului (P=500 MW, H =809 m).

- Amenajări complexe cu mai multe captări, care utilizează afluenţi ai râului principal de pe traseul aducţiunii şi debite din alte bazine. Soluţia s-a utilizat la amenajarea bazinului Lotru, amenajare care adună în lacul de acumulare Vidra de pe Lotru prin trei colectoare cu o lungime totală de 125 km, apele de la 90 de captări secundare.

- Amenajarea integrală a unui curs de apă prin cascade de hidrocentrale. Aceste cascade pot trimite apa direct dintr-o centrală în alta sau pot avea mici locuri intermediare care să permită o independentă limitată a funcţionării lor. Astfel de amenajare s-a realizat pe valea Bistriţei, unde s-au construit 12 CHE cu o putere totală de 244 MW.

Instalaţiile hidrotehnice ale unei centrale hidroelectrice sunt formate din: baraj, priza de apă, aducţiune şi clădirea centralei.

Barajele sunt foarte diferite ca mod de execuţie în funcţie de înălţime (baraje de mică şi de mare înălţime), de realizare, de natura terenului de fundare şi de condiţiile tehnice şi economice. Barajele se execută mai ales din beton sau din beton armat. Ele sunt prevăzute cu zone de deversare, vane de evacuare a apelor, deschideri de fund pentru spălarea aluviunilor, jgheaburi pentru trecerea peştilor, iar în cazul râurilor navigabile, cu ecluze.

Priza de apă serveşte pentru trecerea apei din lac sau din râu în elementul, de aducţiune şi asigură reţinerea corpurilor plutitoare şi a aluviunilor.

Aducţiunea apei cuprinde trei elemente distincte: canalul de aducţiune (deschis sau tunel), castelul de echilibru sau camera de apă şi conducta forţată.

Castelul de echilibru este un organ de distribuire a apei şi de amortizare a oscilaţiilor hidraulice (lovitura de berbec) provocate de închiderea sau deschiderea vanelor de la sfârşitul conductei forţate.

9

9


Conductele forţate leagă castelul de echilibru cu turbinele. sunt construite foarte solid pentru a rezista şocurilor hidraulice şi sunt prevăzute, la capătul dinspre castelul de echilibru, cu vane speciale cu închidere rapidă.

Clădirea centralei adăposteşte turbinele şi generatoarele. Turbinele folosite în centralele hidroelectrice sunt sau cu acţiune (tip Pelton) sau cu

reacţiune (Francis şi elicoidale - Kaplan). După modul de acţionare şi căderea de apă H turbinele se pot alege astfel:

Kaplan pentru căderi axiale folosite între 5-50 m, Francis pentru acţionări radiale folosite între 35-400 m, Pelton pentru căderi tangenţiale folosite între 350-1800 m.

a. b. c.

Fig. 10. Turbine hidraulicea. Kaplan, b. Francis, c. Pelton

Alegerea tipului de turbina se face în funcţie de înălţimea de cădere şi de puterea necesară. Astfel în cazul căderilor mari şi debitelor reduse se folosesc turbinele cu acţiune Pelton, cu ax vertical sau orizontal şi cu unul sau mai multe injectoare. La debite şi căderi medii se utilizează turbinele Francis, cu ax vertical şi paletele statorului reglabile. În cazul debitelor mari şi căderilor de apă mici se recomandă folosirea turbinelor Kaplan cu paletele statorului şi rotorului reglabile.

Turbinele hidraulice funcţionând în domeniul turaţiilor scăzute (72-150 rot/min) sau mijlocii (250 -750 rot/min), antrenează generatoare cu mai multe perechi de poli, de construcţie cu poli aparenţi, răcite cu aer.

Centralele hidroelectrice lucrează de regulă în paralel cu centralele termoelectrice realizându-se astfel o folosire raţională a combustibilului, echipamentelor şi energiei resurselor hidraulice.

Amenajări hidroelectrice cu acumulare prin pompare

Amenajările hidroelectrice cu acumulare artificială obţinută prin pompare (AHEAP) utilizează energia electrică disponibilă în anumite perioade ale zilei sau anului pentru a pompa apa în bazine amonte pentru a putea fi folosită la vârfuri de sarcină prin turbinare. Energia hidraulică este transformată în energie electrica in perioadele de consum maxim. Astfel, AHEAP transferă. energia electrică în timp, acumulând-o sub formă de energie hidraulica.

Aceste amenajări au căpătat o mai mare răspândire, in special, după apariţia centralelor nuclearoelectrice, a căror funcţionare este puţin elastica şi care produc energie electrica, cu atât mai ieftina cu cat durata de utilizare a puterii instalate este mai mare.

10

10


Amenajările cu acumulare prin pompare trebuie sa dispună de doua rezervoare intre care trebuie sa existe o diferenţa de nivel, preferabil cat mai mare, pentru a reduce volumul de apa necesar a fi acumulat. Căderea, in cele mai multe cazuri, este realizata de către o aducţiune (fig.11).

AHEAP sunt in general cuplate cu o amenajare hidroelectrica clasică, care constituie şi amenajarea principala.

Se întâlnesc următoarele cazuri de realizare a pompajului: a) Pomparea apei din captări secundare, din apropierea lacului de acumulare, situate la o

cota inferioara nivelului apei din lacul de acumulare. Apa acestor captări este introdusa in lacul de acumulare prin conducte sau galerii proprii, de grupuri de pompare amplasate intr-o staţie de pompare separata de clădirea centralei hidroelectrice;

b) Pomparea apei din captări secundare situate in apropierea centralei hidroelectrice. Apa se introduce in lac prin aducţiunea principală a amenajării, grupul de pompare fiind amplasat, in clădirea centralei hidroelectrice;

c) Apa este pompata dintr-un rezervor inferior, sau din râul situat in aval de centrala, grupul de pompare fiind de asemenea amplasat in clădirea centralei hidroelectrice.

Amenajările hidroelectrice cu acumulare prin pompare se pot clasifica pe baza următoarelor criterii:

Fig. 11. Schema principială a unei amenajări cu acumulare prin pompare

I) Modul de folosire a volumului de apa pompat: -AHEAP in circuit deschis, la care volumul de apa pompat din captările secundare din

apropierea lacului de acumulare este turbinat o singura data; -AHEAP in circuit închis care recircula acelaşi volum de apa. O asemenea amenajare

primeşte din exterior numai o cantitate limitata de apa, necesara pentru acoperirea pierderilor prin neetanşeitati şi evaporare;

2) Durata ciclului de pompare - turbinare: -AHEAP cu ciclu zilnic, la care pomparea se face in orele de sarcină minima iar turbinarea

in orele de vârf din fiecare zi; -AHEAP cu ciclu săptămânal la care pomparea se face şi in orele de sarcina scăzuta din

zilele de repaus, pe lângă pomparea din orele de sarcina minima din fiecare zi;

11

11


-AHEAP cu ciclu sezonier. Pomparea are loc in perioada de debite mari a anului, când exista un disponibil de energie electrica produsa de amenajările hidroelectrice pe firul apei. Volumele de apa acumulate astfel sunt turbinate, in special, iarna.

3) Tipul de grupuri utilizat: -AHEAP cu grupuri independente de turbinare şi pompare. Pompa este antrenata de un

motor electric, iar generatorul de o turbina hidraulica; -AHEAP cu grupuri alcătuite din trei maşini montate pe acelaşi ax: turbina, pompa şi

maşina electrica care poate funcţiona in regim de generator, motor sau compensator sincron; -AHEAP cu grupuri binare. Ambele maşini atât cea electrica cat şi cea hidraulica sunt

reversibile. La maşina hidraulica trecerea de la regimul de turbina la cel de pompă se realizează prin modificarea unghiului pale lor statorului şi rotorului.

Realizarea unei amenajări hidroelectrice cu acumulare prin pompare se justifica, din punct de vedere economic, numai daca cheltuielile anuale totale, ocazionate de realizarea şi funcţionarea ei, sunt mai mici decât diferenţa dintre preţul energiei electrice produse şi livrate sistemului

2.3. Centrale nuclearo-electrice

Centralele nuclearelectrice (CNE) folosesc ca sursă primară de energie, energia degajată sub formă de căldură în reacţiile de fisiune nucleară care au loc în reactoare nucleare. Fenomenul de fisiune nucleară este produs de acţiunea neutronilor asupra nucleelor unor izotopi ai elementelor grele. Izotopii fisionabili sunt U235, U233 şi PU239 dintre care U235 se găseşte în stare naturală iar U233 şi PU239 se produc în reactor din materialele fertile: toriu (Th232) şi respectiv izotopul de uraniu U238.

Fig. 12. Fisiunea nucleară în reactor

In reactoare se folosesc, drept combustibil nuclear, următoarele materiale: uraniul natural (conţine 0,71% U235 şi în rest U238) şi uraniul îmbogăţit (conţine 1,5-4 % U235), care sunt introduse sub forma uşor elemente de combustibil sau ansambluri de elemente de combustibil.

In funcţie de nivelul energiei neutronilor reactoarele se clasifică în reactoare termice, în care energia cinetică a neutronilor este coborâtă de moderator la nivelul necesar pentru a avea

12

12


secţiunea de absorbţie maximă a materialului fisionabil, şi reactoare rapide, care lucrează fără moderator, cu energia neutronilor la nivelul de producere.

a.

b.Fig. 13 CNE – a. schema bloc; b. schema reală

13

13


In funcţie de organizarea zonei active se folosesc, aproape în exclusivitate, reactoare eterogene la care combustibilul nu se amestecă cu moderatorul şi agentul de răcire.

Un reactor nuclear constă, în general, din următoarele elemente: barele de combustibil nuclear; moderatorul, cu rolul de a reduce viteză.

În fig. 12 este prezentată reactor. Ciocnirea unui neutron lent cu un atom de U235, duce la fisiunea nucleului. Rezultă neutroni eliberarea de neutroni rapizi care sunt încetiniţi prin moderator şi astfel la rândul lor devin lenţi şi reacţia continuă în lanţ. Pentru menţinerea reacţiei este necesar ca la trecerea prin moderator neutronii să fie frânaţi la o anumită viteză. Dacă toţi electronii liberi ar fi folosiţi la o nouă fisiune atunci reacţia în lanţ ar creşte necontrolabil. Acest fenomen este controlat prin bare de control din Cd, Carbid de Bor introduse între ţevile cu combustibil care absorb o parte sau pe toţi neutronii liberi. Ca moderator se folosesc grafitul, apa (H2O) sau apa grea (D2O); reflectorul, format din aceleaşi substanţe ca şi moderatorul, are rolul de a micşora pierderile de neutroni în mediul înconjurător; barele de control cu ajutorul cărora se realizează reglarea reacţiei în lanţ. Sunt confecţionate din materiale cu o mare putere de absorbţie a neutronilor (cadmiu sau bor); canalele de răcire sunt parcurse de agentul de răcire care evacuează căldura rezultată din reacţiile nucleare din reactor. Ca agent de răcire pot fi folosite gaze (aer, bioxid de carbon, heliu, azot), lichide (apa, apa grea) sau metale topite (sodiu, amestec de sodiu şi potasiu, plumb, bismut) care trebuie să aibă şi proprietăţi de bun agent termic; învelişul pentru protecţia biologică împotriva radiaţiilor care acoperă întregul reactor şi poate fi construit din beton, fontă sau apă obişnuita.

Schemele termice ale centralelor nuclearelectrice pot fi: - scheme directe, cu un singur circuit, în care fluidul de răcire constituie fluidul de lucru în

ciclul termic; - scheme indirecte, cu două sau trei circuite, în care căldura agentului de răcire se transmite

prin schimbătoare de căldura de suprafaţă unui fluid intermediar sau fluidului de lucru. în figura 9 se prezintă schema termică a unei centrale nuclear electrice cu două circuite.

Energia termică degajată în reactorul nuclear în urma reacţiei în lanţ încălzeşte apă care circulă în conturul primar (reactor-schimbător de căldură), până la temperatura de 255-275°C. În schimbătorul de căldură, căldura este cedată apei care circulă în conturul secundar, obţinându-se abur la temperatura de 250-260°C şi presiunea de 12,5.105 N/m2. Pentru ca apa din conturul primar să nu fiarbă, circulaţia apei are loc la o presiune de peste 107 N/m2. în acest contur apa devine radioactivă, ceea ce impune măsuri pentru a asigura protecţia personalului. în acest scop utilajele din acest contur sunt dispuse în încăperi subterane prevăzute cu înveliş pentru protecţia biologică. Fluidul din conturul secundar nu devine radioactiv.

Începând cu conturul secundar, procesul de producere a energiei electrice este similar celui din centralele termoelectrice.

Costul energiei electrice obţinute de la centralele cu energie nucleara este încă destul de ridicat datorită investiţiilor mari.

În anul 1990, 18 % din energia electrică produsă în România era obţinută în centrale nuclear-electrice.

3. Instalaţii de transport si distribuţie a energiei electrice Energia electrică produsă în centralele electrice este transmisă spre consumatori prin

reţelele electrice constituite din linii electrice, staţii de transformare, staţii de conexiuni şi posturi de transformare.

Dată fiind importanţa alimentării cu energie electrică pentru economia naţională, reţelele electrice trebuie să satisfacă o serie de condiţii tehnice şi economice dintre care cele mai importante sunt: asigurarea continuităţii în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor (în funcţie de

14

14


natura efectelor produse de întreruperea alimentării), siguranţa în funcţionare, asigurarea parametrilor calitativi ai energiei electrice furnizate consumatorilor, eficienta economică a investiţiilor.

Transmiterea energiei electrice spre, consumatori se face la diferite nivele (trepte) de tensiune stabilite pe baza unor criterii tehnico-economice, ţinând seama de pierderile de energie (direct proporţionale cu pătratul puterii vehiculate şi cu lungimea liniei şi invers proporţionale cu pătratul tensiunii) precum şi de valoarea investiţiilor (care, în domeniul tensiunilor înalte, creşte proporţional cu pătratul tensiunii).

Tensiunile nominale standardizate în România intre fazele reţelelor de curent alternativ sunt: 0,4; (6); 10; 20; {35); (60); 110; 220; 400 k V.

În funcţie de tensiune, în practică se delimitează următoarele categorii de reţele: - reţele de joasă tensiune {JT), cu tensiuni sub 1 kV; - reţele de medie tensiune (MT), pentru care se recomandă treptele de (6); 10; 20 kV; - reţele de înaltă tensiune (ÎT), care cuprind treptele de 110 şi 220 kV; - reţele de foarte înaltă tensiune (FÎT), cu tensiuni peste 220 kV.

Din punctul de vedere al scopului pentru care au fost construite, se pot distinge două categorii de linii electrice: linii de transport şi linii de distribuţie.

Liniile de transport sunt destinate să asigure vehicularea unor puteri electrice importante (zeci sau sute de MW) la distante relativ mari (zeci sau sute de km); acestea pot fi:

- linii de legătură sau de interconexiune intre două zone sau noduri ale sistemului electroenergetic;

- linii de transport a energiei electrice de la un nod al sistemului electroenergetic pină la un centru (zonă) de consum .

Liniile de distribuţie au o configuraţie mai complexă şi asigură vehicularea unor puteri relativ reduse pe distante mai scurte şi la un ansamblu limitat de consumatori.

Delimitarea liniilor de transport şi de distribuţie după valoarea tensiunilor nominale nu este netă. Astfel, tensiunile liniilor de transport sunt, de regulă 400 kV şi 220 kV şi mai rar 110 kV, în timp ce reţelele electrice de distribuţie au tensiunile nominale 0,4 kV, 6 kV,10 kV,20 kV, mergând până la 110 kV sau chiar 220 kV (in cazul marilor consumatori).

Din. punct de vedere constructiv, liniile electrice se realizează sub formă de: - linii electrice aeriene (LEA), montate pe stâlpi; - linii electrice în cablu (LEC), pozate subteran; datorită costului ridicat, acestea sunt

indicate, deocamdată, pentru distante scurte şi în condiţii speciale de traseu.

BIBLIOGRAFIE

Prezentul material este preluat şi/sau prelucrat, pentru uzul studenţilor, din următoarele cărţi:

1. Cilinghir V.: Alimentarea cu energie electrică a întreprinderilor, vol I, Ed. Univ. Transilvania, Braşov, 2000 şi vol II, 2002;

2. Dinculescu P., Sisak F.: Instalaţii şi echipamente electrice EDP Bucureşti 1981;3. Knies W., Schierack K.: Electrische Anlagentechnik, Carl Hanser Verlag, Munchen Wien

1991;4. Pop, F., ş.a. Proiectarea instalaţiilor electrice de joasă tensiune, Ed. Inst. Politehnic Cluj-

Napoca, 1990;5. Pop, F., ş.a. Îndrumar de proiectare a instalaţiilor electrice de joasă tensiune, Inst.

Politehnic Cluj-Napoca, 1987.

15

15

Instalatii de Alimentare cu Energie Electrica la Consumator

Documents

Transcript of Instalatii de Alimentare cu Energie Electrica la Consumator