5

TEMA NR.1

CUNOATEREA MODELULUI DE SISTEM ELECTROENERGETIC I A PRINCIPALELOR

INSTALAII DIN LABORATORUL DE CENTRALE I STAII ELECTRICE

1.1. SCOPUL URMRIT n aceast etap se urmrete o prim familiarizare a studenilor cu instalaiile n cadrul crora se va desfura ntreaga lor activitate din acest laborator.

1.2. PREZENTAREA LABORATORULUI 1.2.1. Schema electric n laborator este realizat un model dinamic de sistem electroenergetic, a crui schem, dup cum se poate vedea n figura 1.1, cuprinde apte noduri electrice sau bare colectoare notate prin A1, A2 , A3 , B, C1 , C2 i D. Sistemul este prevzut cu cinci surse de alimentare: patru grupuri electrogene i un racord la reeaua oraului Bucureti. Generatoarele GA1 i GA2 , legate bloc (n serie) cu transformatoarele lor, pot fi racordate la bara A3 sau la barele A1, respectiv A2. Generatoarele GB i GD, legate bloc (n serie) cu transformatoarele lor, pot fi racordate la staia B i, respectiv, staia D. La bara C1, respectiv C2 , se face legtura cu sistemul energetic naional, care a fost reprezentat printr-o surs echivalent S. Puterea sistemului energetic naional fiind mult mai mare dect puterea grupurilor electrogene din laborator i racordul fiind suficient de larg dimensionat, sursa S poate fi considerat ca un sistem de putere infinit. Prin transformatorul TC se realizeaz o separaie galvanic fa de reeaua de alimentare din sistem. ntre barele sistemului modelat n laborator se pot realiza legturi prin intermediul unui model de reea, care cuprinde cinci linii electrice. Cu liniile L1 , L2, L3 i L4 poate fi realizat o configuraie de tip patrulater ntre nodurile A, B, C i D. Linia L5 , avnd dou tronsoane L5AB i L5BC , poate fi folosit:

n paralel cu linia L1 , folosind numai L5AB (I3C deschis); n paralel cu linia L2 , folosind numai L5AB (I4A deschis);

ca legtur diagonal ntre nodurile A i C ale patrulaterului, folosind ambele tronsoane n serie (I4B sau SN deschis). Staia A este prevzut cu dou sisteme de bare colectoare. Primul dintre acestea este mprit n dou, rezultnd seciile A1 i A2 . Cel de-al doilea sistem de bare - notat prin A3 - este nesecionat. El poate fi legat cu seciile A1 i respectiv A2 prin dou circuite de cupl transversal, notate pe schema din figura 1.1 prin 5 i respectiv 8 (staia A). Aceleai legturi transversale i, n plus, o a treia legtur

6

n lung ntre seciile A1 i A2 pot fi pe rnd realizate prin circuitul de cupl longo-transversal (celulele nr. 6 i 7).

7

Staia B este prevzut cu un singur sistem de bare colectoare. Staia C este realizat cu dou sisteme de bare colectoare, ambele nesecionate. Legtura ntre sistemele de bare C1 i C2 se poate realiza cu ajutorul unei cuple transversale (celula nr 6). Staia D este realizat cu un singur sistem de bare colectoare i cu un sistem de bare de ocolire. Legtura dintre acestea se poate efectua prin intermediul unei cuple de ocolire, numit uneori i de transfer (fig.1.1, staia D, circuitul 1). n numeroase puncte ale schemei modelului de sistem electroenergetic pot fi conectate diferite feluri de consumatori i, de asemenea, pot fi provocate voit diverse tipuri de defecte. Din motive de electrosecuritate, tensiunea de funcionare a tuturor circuitelor modelului de sistem electroenergetic din laborator este de 380 V, cele cinci transformatoare (TA1 , TA2 , TB , TC i TD ), avnd raportul de transformare 1/1. Sursele de alimentare au urmtoarele puteri nominale:

cte 25 kVA - blocurile generator-transformator GA1 i GA2 , amonte existnd o strangulare, ntruct motoarele primare, la turaia de sincronism a generatoarelor, au puterea nominal de 14 kW;

cte 38 kVA - blocurile generator-transformator GB i GD , motoarele primare avnd puterea de 24 kW;

50 kVA - transformatorul TC de legtur cu sistemul.

1.2.2. Realizarea constructiv Laboratorul de Centrale i staii electrice este alctuit, n principal, din ase ncperi: sala mainilor, sala principal (a staiilor i instalaiilor de comand), sala consumatorilor, sala tabloului de alimentare a modelului de sistem i a serviciilor proprii, sala instalaiei de producere a aerului comprimat, podul de cabluri. n figura 1.2 este prezentat planul de dispoziie al primelor patru sli, ultimele dou fiind situate cu un nivel mai jos.

1.2.2.1. Sala mainilor cuprinde cele patru grupuri electrogene, transformatoarele de bloc i transformatorul TC de legtur cu sistemul. Ca motoare primare, la grupurile electrogene GA1 i GA2 se folosesc motoare electrice de tipul Schrage-Richter, prin reglarea caracteristicilor crora se poate modela comportarea turbinelor cu abur sau a celor hidraulice. Acest tip de motor asincron este prevzut cu perii care calc pe colector, deplasarea lor putnd fi reglat manual, de la faa locului sau cu ajutorul cte unui servomotor comandat de la tabloul de comand. Dac se funcioneaz fr legtur cu sistemul S, prin deplasarea periilor se realizeaz variaia turaiei i respectiv a frecvenei i puterii debitate. Dup legarea n paralel cu sistemul S, n regim normal acesta menine constant turaia de sincronism a grupurilor, iar prin deplasarea periilor se obine numai variaia ncrcrii lor active.

8

9

10

Generatoarele GB i GD sunt antrenate de motoare de curent continuu cu excitaia independent fix, i respectiv, variabil. Motorul de curent continuu care antreneaz alternatorul GB este alimentat de la un generator de curent continuu, acionat la rndul lui de ctre un motor asincron alimentat de la reea (fig.1.3,a). Un astfel de ansamblu de patru maini electrice este uneori denumit grup Ward-Leonard. Dac modelul de sistem din laborator funcioneaz fr legtur cu sistemul naional, prin reglarea curentului din circuitul de excitaie al generatorului de curent continuu se realizeaz variaia turaiei subansamblului format din motorul de curent continuu i alternatorul GB . Motorul care antreneaz alternatorul GD este alimentat cu curent continuu furnizat de o punte redresoare (fig.1.3,a) conectat n secundarul unui transformator de putere. La pornire, rezistena Rs este untat temporizat, astfel nct, prin creterea treptat a tensiunii de alimentare a motorului, turaia crete lin pn la o valoare apropiat de cea de sincronism. In continuare, variaia turaie motorului se realizeaz prin variaia excitaiei sale cu ajutorul autotransformatorului reglabil AT. Dup conectarea generatorului sincron GD n paralel cu sistemul, prin reglarea tensiunii furnizate de AT se regleaz ncrcarea cu putere activ a grupului.

Tot n sala mainilor sunt amplasate tablourile cu aparatajul aferent generatoarelor i motoarelor primare. Pe poriunea de tabl a uilor sunt montate aparatele de msurat de la bornele motorului primar i ale generatorului, precum i telegraful luminos, folosit pentru comunicri ntre sala principal i sala mainilor. Deasupra acestor celule, pe un sistem de grinzi, sunt amplasate cele cinci transformatoare de for ale laboratorului, care sunt de tip uscat. Pe peretele din spatele transformatoarelor este montat un contactor prin care se poate ntrerupe alimentarea din sistem a transformatorului TC i deci a sistemului modelat n laborator.

1.2.2.2. Sala principal reunete, din considerente de ordin didactic, att cele patru staii A, B, C i D de tip celular, ct i tablourile de comand, protecie i automatizare care, n practic se dispun separat ntr-o camer special de comand. Celulele, pupitrul i tablourile sunt realizate n mrime natural pentru ca iniierea didactic, de laborator, s se poat desfura ntr-o ambian ct mai asemntoare cu cea din instalaiile reale ale sistemului electroenergetic. Celulele celor patru staii sunt echipate cu aparate de 6, 10 ...15 kV, n cea mai mare parte fabricate n ar. Cu toate c n practic staiile se echipeaz de obicei cu aceleai tip de aparataj, n laborator s-a urmrit (din motive didactice) folosirea mai multor tipuri de aparate. Aparatajul utilizat este descris n lucrarea urmtoare. Staia A, alctuit din unsprezece celule, de tip "zidit", este dispus de-a lungul uneia dintre laturile slii principale a laboratorului. Aceast staie are cele dou sisteme de bare colectoare separate printr-un perete vertical. n figura 1.4 este reprezentat o seciune transversal prin celula nr.11 aferent liniei L1 n care se

11

pot observa dou compartimente: cel al ntreruptorului, care n laborator este orientat ctre perimetrul central i cel al separatorului de linie sau plecare, orientat ctre coridorul de deservire. n celulele din staia A mai sunt prevzui perei oblici de separaie ntre fiecare sistem de bare i separatorul de bare aferent.

Fig. 1.4. Seciune prin celula nr. 11 din staia A

Staia B este dispus n lungul peretelui din spatele slii principale. Aceast staie este realizat cu ase celule prefabricate, produse de Uzinele Electroputere Craiova. n figura 1.5 sunt prezentate vederea din fa i o seciune printr-o astfel de celul, de tip nchis fa de exterior prin perei de tabl. Interiorul celulei este mprit n patru compartimente delimitate ntre ele tot prin perei de tabl. Staiile C i D sunt dispuse una n prelungirea celeilalte, de-a lungul celei de a treia laturi a slii principale, ntre ele fiind prevzut un mic culoar pentru delimitarea staiilor. Celulele acestor dou staii sunt de acelai tip constructiv i au fost prefabricate la ntreprinderea de construcii metalice i prefabricate Bucureti (ICMP). ntreruptoarele sunt dispuse pe crucioare care se introduc n compartimentele din fa prevzute cu ui din tabl. Ca i n staia A, n interiorul celulelor exist dou feluri de separaii: prin pereii verticali ntre sistemele de bare

12

13

i prin perei, de aceast dat orizontali, ntre fiecare sistem de bare i separatoarele aferente. Staia C este alctuit din ase celule cu cte dou sisteme de bare colectoare. Vederea din fa i seciunea printr-o celul de linie sunt prezentate n figura 1.6.

Fig.1.6. Seciunea i vederea din fa a unei celule de linie din staia C 1 - sisteme de bare colectoare; 2 - separator de bare; 3 - ntreruptor debroabil;

4 - separator de legare la pmnt; 5 - transformator de curent; 6 - transformator de tensiune

14

Staia D este alctuit din cinci celule cu un singur sistem de bare colectoare prevzut deasupra compartimentelor din fa ale crucioarelor cu

ntreruptor. Dup cum se poate observa din compararea figurilor 1.6 i 1.7, prin modificarea legturilor electrice din interiorul celulei, sistemul de bare 1,b nu mai

are rolul de colectare i redistribuire a energiei. Noua sa funcie, de ocolire a ntreruptoarelor, urmeaz a fi studiat ulterior.

Fig.1.7. Seciunea i vederea din fa a unei celule de linie din staia D

1,a - sistem de bare colectoare; 1,b - sistem de bare de ocolire; 2 - separator de bare; 3 - ntreruptor; 4 - separator de legare la pmnt; 5 - transformator de curent.

15

Pentru a se uura orientarea n cadrul laboratorului, s-a ncercat adoptarea unui sistem ct mai sugestiv de notaii. Astfel, celulele au fost numerotate, nscriindu-se numrul respectiv att n laborator, pe pereii frontali ai fiecrei celule, ct i n schema monofilar din figura 1.1, n cercuri, lng circuitul ale crui aparate sunt dispuse n acea celul. Tuturor aparatelor de la extremitatea unui circuit li s-a atribuit numrul celulei n care sunt ele dispuse i simbolul staiei n care se gsete celula respectiv. De exemplu, pentru aparatele situate n celula nr.2 din staia A s-au folosit urmtoarele notaii:

I2A pentru ntreruptor; S2A1 pentru separatorul de legare la bara A1 ; S2A3 pentru separatorul de legare la bara A3 ; S2AL pentru separatorul de racordare la linia care pleac din celula nr.2

a staiei A etc.

Pupitrul i tablourile de comand, protecie i automatizare sunt dispuse n spaiul dreptunghiular delimitat de cele trei iruri de celule prezentate n cele de mai sus. Aceast aezare nu se ntlnete n practica industrial, unde staiile se dispun n ncperi separate sau n exteriorul cldirilor. Soluia singular adoptat n laborator are n vedere un scop didactic, urmrindu-se creterea eficienei lucrrilor practice care urmeaz a fi efectuate. Cu acelai scop pereii dintre sala principal i cele dou sli alturate - a mainilor i a consumatorilor - sunt n mare msur vitrai. Pupitrul i tabloul de comand, dispuse n prim plan, sunt prevzute pentru supravegherea i comanda centralizat a funcionrii instalaiilor modelului de sistem electroenergetic din laborator. n centrale i staii electrice realizarea unei astfel de funciuni centralizate, se impune de obicei datorit dispersrii instalaiilor pe suprafee mult mai mari dect n laborator. Pentru supravegherea modului de funcionare a instalaiilor din laborator sunt prevzute aparate de msurat i diverse dispozitive de semnalizare optic (lmpi, casete de semnalizare, telegrafe luminoase etc.) Pentru comanda la distan a principalelor instalaii din laborator se utilizeaz chei de comand, butoane i manete de reglaj. Pentru ca studenii - ntocmai ca i personalul de exploatare din practic - s poat vizualiza uor configuraia pe care o are la un moment dat ntregul ansamblu al schemei de legturi, n partea superioar a tabloului de comand este reprezentat o schem de conexiuni sinoptic a modelului de sistem din laborator. n dreptul fiecrui aparat de comutaie - ntreruptor sau separator - pe schem se gsete cte o lamp de semnalizare care este aprins dac aparatul se gsete n poziia nchis. De asemenea , mai sunt semnalizate luminos:

prezena tensiunii la fiecare dintre sistemele de bare colectoare; existena unui defect ntr-unul din cele 17 puncte ale schemei

modelului de sistem, n care intenionat au fost prevzute posibiliti de producere a voit a diferite tipuri de incidente.

16

n plus, pe pupitrul de comand este reprezentat o schem oarb a legturilor aceluiai model de sistem electroenergetic. n cadrul acestei scheme sunt intercalate cheile de comanda ale tuturor ntreruptoarelor i ale unei pri dintre separatoare, precum i dispozitivele de semnalizare ale poziiei tuturor celorlalte separatoare care nu pot fi comandate de la distan, cu scopul de a uura raionamentul i a evita greelile celor care efectueaz manevre de comutaie de la pupitru. Cele dou panouri de la extremitile tabloului de comand sunt prevzute pentru gruparea elastic a diverselor tipuri de instalaii consumatoare din laborator la cele patru noduri de consum ale modelului de sistem electroenergetic. Pe aceste panouri sunt prevzute scheme electrice oarbe, avnd intercalate chei de comand la distan ale comutrii instalaiilor consumatoare, aparate de msurat i posibiliti pentru reglajul consumurilor. Tablourile cu proteciile prin relee i dispozitivele de automatizare ale modelului de sistem sunt dispuse - ca i n practic - n spate , ntre tabloul de comand i staia B. Pe aceste tablouri sunt prevzute i dispozitivele de semnalizare acustic (sonerie i hup) care avertizeaz n special asupra trecerii n regimuri anormale de funcionare. Din punct de vedere constructiv, aceste tablouri sunt de tip mecano, fiind realizate doar sub forma unor arpante din profile metalice, spre deosebire de tabloul de comand care este prevzut i cu perei din tabl. Modelarea liniilor electrice lungi care alctuiesc laturile reelei sistemului din laborator, se realizeaz cu bobine i condensatoare montate deasupra celulelor nchise ale staiei B. Reglajul n trepte al parametrilor liniilor lungi este prevzut pe dou tablouri dispuse la extremitile staiei B, n linie cu latura ei frontal. Alegerea locurilor i tipurilor de defecte ce urmeaz a fi provocate voit n modelul electroenergetic poate fi realizat cu ajutorul unor ntreruptoare cu prghie de pe alte dou tablouri, dispuse la extremitile laterale ale staiei B. Pe aceste tablouri sunt montate i cele dou contactoare cu care n final, se pot provoca defecte voite, la comanda dat prin chei montate pe pupitrul de comand. Alegerea punctelor de racordare la modelul de sistem a celor patru noduri consumatoare se face tot pe cele dou tablouri de la extremitile laterale ale staiei B. Racordarea se poate face n aceleai puncte n care pot fi provocate i defectele voite, cu ajutorul a 4 techere trifazice prevzute la extremitatea unor cabluri flexibile.

1.2.2.3. Sala consumatorilor cuprinde instalaii pentru modelarea ambelor categorii de consumatorii ntlnii n sistemele electroenergetice:

consumatori de tip casnic sau industrial, racordai la diferitele staii ale sistemului;

consumatori proprii, denumii servicii proprii, necesari pentru funcionarea centralelor i staiilor electrice din sistem.

17

Din prima categorie de receptoare de energie electric, care pot fi racordate la cele patru noduri consumatoare ale sistemului modelat, n sala consumatorilor din laborator sunt instalate motoare i bobine. Rezistenele, din motive de ventilaie, sunt montate n podul de cabluri de dedesubt. Dintre serviciile proprii ale laboratorului, n sala consumatorilor se gsesc dou redresoare, care asigur curentul continuu pentru comenzi, protecii, automatizri etc. n aceast sala mai este amplasat un tablou cu aparatele de comutaie i protecie ale circuitelor diverilor consumatori.

1.2.2.4. Sala tabloului de alimentare a modelului de sistem i a serviciilor proprii. Tabloul cuprinde o parte de curent alternativ i o parte de curent continuu.

De la partea de curent alternativ, care este racordat la un post de transformare al institutului, sunt alimentate:

modelul de sistem, prin transformatorul TC i motoarele electrice cu care sunt modelate mainile primare ale celor patru grupuri electrogene;

consumatorii n curent alternativ ai serviciilor proprii.

La partea de curent continuu, alimentat de la redresoarele din sala consumatorilor, sunt racordate serviciile proprii n curent continuu.

1.2.2.5. Sala instalaiei de producere a aerului comprimat este dispus cu un nivel mai jos. Aceast instalaie de servicii proprii este compus dintr-un compresor i trei butelii, una pentru presiunea de producere de 10 at, iar celelalte dou pentru presiunea de utilizare de 5 at.

1.2.2.6. Podul de cabluri este o ncpere de nlime mai redus, amenajat sub primele patru sli ale laboratorului. Aici sunt pozate cablurile prin care se realizeaz marele numr de legturi electrice dintre diversele instalaii ale laboratorului.

BIBLIOGRAFIE 1. Dinculescu, C., Arie, A., Cristescu, D. Laboratorul de Centrale, staii i

sisteme electrice din U.P.B., Buletinul U.P.B., mai-iunie 1963, tomul XXV, fascicula 3, p.33-51.

2. Buhu, P., Heinrich, I., Preda, L., Selischi, Al. Partea electric a centralelor electrice. Bucureti, E.D.P., 1983.

3. Preda, L., Heinrich, I., Buhu, P., Ivas, D., Gheju, P. Staii i posturi electrice de transformare. Bucureti, Editura Tehnic, 1989.