Sisteme electroenergetice

SISTEME ELECTROENERGETICE ASPECTE GENERALE

1.1. DEFINIRE Totalitatea instalaiilor electroenergetice interconectate, situate pe

teritoriul unei ri, prin care se realizeaz producerea, transportul, distribuia i utilizarea energiei electrice constituie un sistem electroenergetic naional [10,11]. Ansamblul unitar de conductoare, aparate de transformare i conectare, maini, diferite instalaii auxiliare i construciile aferente, destinate producerii, transformrii, distribuirii sau utilizrii energiei electrice constituie instalaii electrice. Instalaiile electrice includ staiile electrice, precum i instalaiile electrice de evacuare a puterii produse de generatoare.

Un sistem electroenergetic poate funciona: - interconectat cu alte sisteme; - izolat (cu autoreglaj).

Sistemul electroenergetic naional (SEN) din Romnia a fost creat n 1958, prin interconectarea unor sisteme energetice locale. n prezent, SEN include instalaii aflate n gestiunea unor companii naionale, societi comerciale, organizaii etc. i constituie infrastructura de baz utilizat n comun de participanii la piaa de energie electric.

Conducerea prin dispecer a sistemelor electroenergetice este o activitate specific industriei energiei electrice, avnd drept scop exploatarea coordonat a instalaiilor i echipamentelor componente.

11

14 Comnescu,Gh., Costina,S. - PECS. NOTE DE CURS

Obiectivele conducerii prin dispecer a sistemelor energetice se refer la: alimentarea consumatorilor n condiii de siguran, calitate i eficien

economic;utilizarea raional a resurselor energetice; asigurarea unui echilibru permanent producie-consum; reglarea schimburilor comerciale cu rile vecine; coordonarea regimurilor de funcionare i a manevrelor n regim normal i

de avarie.

1.2. PRI COMPONENTE Un sistem electroenergetic este constituit din surse de energie electric,

reele electrice de transport i distribuie, precum i consumatori de energie electric.

1.2.1. SURSE DE ENERGIE ELECTRIC Ansamblul de instalaii, construcii i echipamente care are drept scop producerea energiei electrice constituie o central electric.

Prima central electric public din lume, construit de Edison, a fost pus n funciune la New York, pe 3 septembrie 1882. n acelai an, la data 22 octombrie, a fost inaugurat centrala electric din Bucureti, pentru iluminatul incintei Grii de Nord.

Ca surse de energie electric, n centrale se folosesc generatoare sincrone. Motorul primar de antrenare a arborelui (deci cel care furnizeaz energia mecanic la arbore) poate fi, de exemplu, o turbin cu abur, cu gaze sau hidraulic. 1.2.1.1. Tendine pe plan mondial

La nivelul anilor 70-80 a existat o tendin de concentrare a puterilor n centrale electrice mari. n anul 1983, cea mai mare central electric n funciune era hidrocentrala Grand-Coule (SUA) de 6200 MW, fiind urmat de centrala nuclear Fukushima (Japonia) de 4700 MW i centrala termoelectric Tashima (Japonia) de 4400 MW. n 1987, centrala hidroelectric Itaipu (Brazilia) avea o putere instalat de 12600 MW [19].

n prezent, tendina de cretere a puterii unitare a blocurilor energetice, precum i a puterilor instalate n centrale electrice s-a atenuat, concentrarea puterilor instalate conducnd la dificulti n controlul unor regimuri tranzitorii i postavarie. S-a trecut la reconsiderarea distribuiei generatoarelor de putere, cu repartiia lor mai uniform n uniti mai mici, mai apropiate de zonele de consum. n acest context, crearea unor linii de transport de foarte nalt tensiune, care s permit vehicularea unor puteri de schimb foarte mari a devenit mai puin preocupant.

SISTEME ELECTROENERGETICE. ASPECTE GENERALE 15

1.2.1.2. Stadiul actual al surselor de energie electric din Romnia Sistemul energetic naional al Romniei nsumeaza in prezent o putere

instalat de circa 19 GW, puterea disponibila, in 2003, fiind de circa 16 GW. La sfritul secolului XX, sectorul de producere a energiei electrice a fost

influenat n primul rnd de continuarea procesului de scdere a consumului de energie electric pe ansamblu i n special a celui industrial, manifestat cu ncepere din anul 1989 i pn n prezent.

Diminuarea consumului de energie electric s-a manifestat mai ales n agricultur, n industria extractiv i n cea prelucrtoare. O uoar cretere s-a nregistrat n activitile comerciale, la cele financiar bancare i pentru iluminat public.

83,4

69,9

56,91 54,2 55,48 55,1459,27 61,35 57,25 53,97

49,89 51,9553,86 55,19 56,91

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003Anul

Produ

ctia

de

ener

gie

elec

tric

a [T

Wh]

Fig.1.1. Evoluia produciei de energie electric n perioada 1989-2003, conforn Raportului anul al ANRE pe 2003

n Romnia, cel mai mare grup energetic care funcioneaz n prezent pe combustibili fosili este de 330 MW.

La CNE Cernavod functioneaza un grup de 700 MW iar in anul 2006 se va pune in functiune inca un grup de 700MW.

La nivelul anului 2003, producia total de energie electric la nivelul ntregii ri a fost de 56906 GWh

Participarea procentual a combustibililor i a productorilor la producia de energie electric, n 2003, este prezentat n figurile 1.2 i 1.3.

Prognozele pe diferite scenarii de dezvoltare economico-social a Romniei arat o cretere a produciei brute de energie electric n centrale conform valorilor din tabelul 1.1.


Combustibil nuclear

9%Resurse hidro24%

Carbuni41%

Hidrocarburi26%

Alti producatori12%

SC Electrocentrale Bucuresti SA

19%

SC Electrocentrale Deva SA8%

SC Electrocentrale Rovinari SA11%

SC Electrocentrale Turceni SA12%

SC Termoelectrica SA7%

SC Hidroelectrica SA22%

SC Nuclearelectrica SA

9%

Tabel 1.1. Evoluia produciei brute de energie electric

AN 2003 2004 2005 2010 2015 Energie electric

[TWh/an] 56,91 59,3 60,1 64,9 72,9 Sursa: Foaie de parcurs pentru sectorul energiei din Romnia, Ministerul Economiei i Comerului, iulie 2003.

1.2.2. REELE ELECTRICE Ansamblul de linii i staii electrice, racordate ntre ele, care funcioneaz

interconectat, constituie o reea electric.

Fig.1.3. Participarea la producia de energie electric n anul 2003

Fig.1.2. Combustibili utilizai pentru producerea de energie electric n anul 2003


n cadrul SEN, reele electrice ndeplinesc funcii de transport i distribuie a energiei electrice. Prin intermediul acestor reele, n Romnia sunt alimentai aproximativ 8,5 milioane de abonai. Circa 12% din puterea produs n centralele electrice se pierde n reelele de transport i distribuie.

1.2.2.1. Reelele electrice de transport Reelele electrice de transport (RET) sunt reele de nalt tensiune

(de 220 kV i mai mult) prin care se transport la distan puteri electrice importante. De obicei, aceste reele servesc la evacuarea energiei electrice produse n centralele de mare putere i la transportul acesteia la distane mari, precum i la realizarea importului/exportului de energie electric.

Ca urmare a tendinei de reconsiderare a distribuiei generatoarelor de putere (cu repartiia lor mai uniform, n uniti mai mici, mai apropiate de zonele de consum) n prezent a sczut interesul pentru creterea nivelului tensiunilor de transport. Astfel, sisteme energetice extrem de puternice din Europa de Vest, cu puteri instalate de ordinul sutelor de gigawai funcioneaz interconectat la tensiunea de 400 kV, nentrezrindu-se necesitatea amplificrii acestui nivel de tensiune n viitor. Limitarea nivelului de tensiune mai este dictat i de dificultatea gsirii de noi culoare pentru liniile de foarte nalt tensiune, precum i de impactul sporit asupra mediului ambiant. O alt piedic n calea dezvoltrii liniilor lungi de foarte nalt tensiune, destinate transportului unor puteri foarte mari la distane de ordinul miilor de kilometri este costul foarte mare al acestora, n comparaie cu cel al altor purttori de energie electric.

Energia electric vehiculat pe distane mari (de 1500 - 2000 km) atinge costuri care o fac necompetitiv cu cea produs la faa locului, chiar cu randamente incomparabil mai slabe [19].

n Romnia, reelele de transport exploatate de Compania Naional TRANSELECTRICA sunt de (750) - 400 - 220 kV i totalizeaz o lungime de 8794 km. Prin dezvoltarea reelelor de transport de 220 - 400 kV, reelele de 110 kV i-au schimbat rolul iniial, ndeplinind n prezent funcii de distribuie zonal a energiei electrice.

1.2.2.2. Reelele electrice de distribuie Reelele electrice de distribuie (RED) sunt reele prin care se transmite

energia electric n zonele de consum i se distribuie la consumatori. Ele servesc, n principal, la alimentarea consumatorilor i la evacuarea puterii din centrale mici. O reea electric este constituit din noduri (staii electrice) i laturi (linii electrice).

Reelele de distribuie pe care se bazeaz funcionarea Societii Comerciale ELECTRICA, funcionnd la tensiuni sub 110 kV inclusiv, au o lungime total de peste 18500 km.


1.2.2.3. Staii electrice Staiile electrice sunt noduri n SEN care cuprind mai ales extremitile

liniilor electrice, legturi conductoare, aparataj electric, cldiri i eventual, (auto)transformatoare de for. n principal, staiile electrice pot realiza funcii de:

transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificat tensiunea (staii ridictoare sau cobortoare), fiind deci posibil interconectarea mai multor reele de diferite tensiuni; staiile de transformare care realizeaz transformarea energiei la o treapt de joas tensiune ( 1 kV) constituie categoria posturilor de transformare;

conexiune: conin legturi conductoare i aparataj electric cu tensiunea nominal mai mare de 1 kV i sunt destinate primirii i distribuirii energii electrice, la aceeai tensiune i frecven; staiile de conexiuni de medie tensiune, destinate alimentrii unor posturi de transformare constituie puncte de alimentare;

conversie: prin intermediul convertizoarelor, curentul alternativ este convertit n curent continuu sau invers.

Din totalul de peste 950 staii de tensiune nominal 35 ... 750 kV existente n SEN, una este de 750 kV, 26 sunt de 400 kV, 49 sunt de 220 kV, iar aproximativ 90% staii sunt de 110 kV.

O categorie foarte important a staiilor de transformare o reprezint posturile de transformare, n SEN fiind n funciune peste 65000 posturi de transformare, totaliznd o putere instalat de peste 23000 MVA.

1.2.3. CONSUMATORI DE ENERGIE ELECTRIC Consumatorul este o persoan fizic sau juridic ce cumpr energie

electric pentru uzul propriu sau pentru un subconsumator racordat la instalaiile sale.

Persoana fizic sau juridic ce consum energie electric pe baz de contract i ale crui instalaii electrice de utilizare sunt conectate la instalaia de alimentare a furnizorului, prin unul sau mai multe puncte de delimitare1, constituie un consumator final [10, 11, 17].

Consumatorii de energie electric pot fi clasificai dup mai multe criterii. n funcie de posibilitatea de a-i alege furnizorul, consumatorii de energie electric pot fi:

eligibili: cei acreditai de Autoritatea competent, care i pot alege furnizorul2 i pot contracta direct cu acesta energia consumat, avnd acces la reelele de transport i/sau de distribuie;

1 locul n care instalaiile consumatorului se racordeaz la instalaiile furnizorului i n care acestea se

delimiteaz ca proprietate. 2 persoan juridic, titular a unei licene de furnizare, care asigur alimentarea cu energie

electric a consumatorilor pe baz de contract


captivi: cei care din motive de configurare a reelei sunt obligai s contracteze furnizarea energiei cu un anumit distribuitor3.

Dup natura consumului, consumatorii se mpart n urmtoarele categorii: casnici: cei care folosesc energie electric pentru iluminat i receptoare

din propria gospodrie; n 2003 erau 7989395 consumatori casnici (repartizai 55% n mediul urban i 45% n mediul rural);

industriali i similari (construcii, staii de pompare, transporturi etc.): cei care folosesc energia electric, n principal n domeniul extragerii de materii prime, al fabricrii unor materiale ori al prelucrrii materiilor prime, a materialelor sau a produselor agricole, n scopul obinerii de mijloace de producie sau bunuri de consum; aceast categorie reprezint circa 1,5% din totalul consumatorilor;

teriari (restul ): circa 4,5% din total.

Din totalul consumatorilor captivi, consumatorii casnici reprezint 93,6%, n timp ce 6,4% reprezint consumatorii industriali. In 2003, ponderea energiei electrice furnizat consumatorilor casnici4 a fost de 22,7% fa de ponderea de 77,3% furnizat consumatorilor industriali.

Dup sarcina maxim de durat (cea mai mare dintre sarcinile medii pe 15... 20 minute) absorbit n punctele de primire a energiei electrice, consumatorii se pot grupa n 4 clase, prezentate n tabelul 1.3. [56].

Tabelul 1.2 Clasificarea consumatorilor n funcie de sarcina maxim absorbit

clasa A clasa B clasa C clasa D > 50 MVA 7,5... 50 MVA 2,5... 7,5 MVA < 2,5 MVA

Dup puterea contractat (cea mai mare putere medie cu nregistrare orar sau 15 minute consecutiv), consumatorii de energie electric se mpart n urmtoarele categorii:

mici consumatori (P < 100 kW, cu excepia celor casnici): circa 6,4% din numrul total al consumatorilor;

mari consumatori (P 100 kW): circa 0,1% din numrul total al consumatorilor.

3 persoan juridic, titular a unei licene de distribuie i deintoare a unei reele electrice

situat ntr-un anumit perimetru, cu niveluri de tensiune 110 kV, care asigur alimentarea cu energie electric a consumatorilor situai n acest perimetru 4 Pentru anul 2003 consumul mediu anual al unui consumator casnic a fost de 999 kWh, cu

5% mai mare dect cel realizat n 2002. Acest consum a variat ntre 803 kWh la filiala Oltenia i 1425 kWh la filiala Muntenia Sud .


Consumatorii de energie electric pot avea receptoare electrice sensibile la ntreruperi n alimentare, sub acest aspect fiind definite urmtoarele categorii:

categoria zero: ntreruperea n alimentare poate provoca explozii, incendii, pierderi de viei omeneti sau distrugeri grave de utilaje;

categoria I: ntreruperea n alimentare poate provoca dereglarea unui proces tehnologic n flux continuu, rebuturi i pierderi materiale importante prin nerealizarea produciei i imposibilitatea recuperrii acesteia;

categoria a II-a: ntreruperea n alimentare presupune nerealizri ale produciei pe perioada ntreruperii, dar acestea pot fi recuperate;

categoria a III-a: restul.

n funcie de tipul consumatorului i de puterea solicitat, alimentarea cu energie electric se poate face direct la 110 kV (mari consumatori) sau la tensiuni inferioare, prin staii i posturi de transformare. Consumatorii casnici i cei care solicit puteri mici se alimenteaz direct la joas tensiune.

n cursul anului 2003, cele opt filiale de distribuie i furnizare ale S.C. Electrica S.A. (Banat, Dobrogea, Moldova, Muntenia Nord, Muntenia Sud, Oltenia, Transilvania Nord, Transilvania Sud) au alimentat cu energie electric un numr de 8 491 388 consumatori racordai, pe niveluri de tensiune, astfel:

- 99,70% pe joas tensiune; - 0,30% pe medie tensiune; - 0.003% pe nalt tensiune.

Cantitatea de energie electric furnizat n anul 2003 a fost de 35 205,8 GWh repartizat pe cele trei niveluri de tensiune astfel:

- 42.0% pe joas tensiune; - 33,2% pe medie tensiune; - 24,8% pe nalt tensiune.

Sub aspectul compatibilitii electromagnetice n punctul comun de racord cu sistemul de alimentare cu energie electric, consumatorii pot avea receptoare electrice:

perturbatoare: provoac perturbaii electromagnetice conduse prin conductoarele reelelor electrice (regim deformant, nesimetrii, flicker etc.);

sensibile la perturbaii: la regim nesimetric i/sau nesinusoidal, la variaii lente sau rapide ale frecvenei sau tensiunii de alimentare etc.;

n acelai timp, perturbatoare i sensibile la perturbaii electromagnetice.


Legea energiei electrice nr. 318/2003 este un act normativ care, la opt decenii dup apariia primei legi a energiei n Romnia, redefinete principiile i coordonatele dezvoltrii sectorului energetic.

n anul 2004, Romnia a fost acceptat cu drepturi depline n UCTE i s-a nceput privatizarea n distribuie, fcndu-se astfel pai decisivi ctre integrarea n piaa regional de energie electric.

1.3. ELEMENTE CARACTERISTICE 1.3.1. FELUL CURENTULUI I FRECVENA NOMINAL

n general, sistemele electroenergetice funcioneaz n curent alternativ trifazat, la frecvena nominal de 50 Hz sau 60 Hz. Cu cteva excepii mai apropiate (Arabia Saudit) i a continentului nord-american, unde este generalizat utilizarea frecvenei de 60 Hz, frecvena curentului este de 50 Hz. Trebuie menionat cazul Japoniei, unde o jumtate din ar funcioneaz la 50 Hz, iar restul la 60 Hz.

Prima producie de energie electric trifazat din Romnia i pentru prima dat la frecvena de 50 Hz a avut loc spre sfritul anului 1898, cu ocazia punerii n funciune a CHE Sinaia, 4x250 kW, 3 kV, proiectat de inginerul romn Elie Radu.

Alegerea frecvenei de funcionare ntr-un sistem energetic este bazat pe un compromis ntre cerinele diferite ale celor trei sectoare de baz dintr-un sistem electroenergetic: producere, transport i utilizare a energiei electrice. Cele trei funcii principale ale sistemelor electroenergetice ridic probleme contradictorii n ceea ce privete alegerea frecvenei optime de funcionare a sistemului, a cror exemplificare este prezentat succint n cele ce urmeaz [56]:

a) n sectorul utilizrii energiei electrice: fluctuaiile fluxului luminos au devenit foarte suprtoare n reelele de

25 Hz, atunci cnd lmpile cu filament de carbon au fost nlocuite prin lmpi incandescente cu filament metalic de nalt temperatur i apoi, prin lmpi fluorescente;

unele maini unelete sunt mai bine realizate la frecvene mai mari dect 50 Hz, iar altele la frecvene sub 50 Hz; uneori se justific pentru alimentarea lor utilizarea unor convertizoare de frecven;

comutaia motoarelor cu colector ridic probleme mai greu de rezolvat la frecvene mai ridicate; de aceea, folosirea n traciuni electrice a motoarelor monofazate cu colector a condus la alegerea i meninerea n acest domeniu, pentru o lung perioad de timp, a frecvenei de 16,66 Hz; de abia dup 1950 s-au pus la punct motoare monofazate cu colector de 50 Hz;


b) n sectorul transportului i distribuiei energiei electrice: circuitele magnetice (transformatoarele) au dimensiuni, mas i deci, pre

de cost cu att mai mic cu ct frecvena este mai mare; impedanele, dimpotriv, cresc liniar cu frecvena pn la 50 Hz i, apoi,

mai rapid, deci este mai avantajoas funcionarea conductoarelor electrice la frecvene mai mici;

inducia n circuitele telefonice nvecinate liniilor electrice de transport i distribuie a energiei electrice crete odat cu mrirea frecvenei, ceea ce conduce la necesitatea limitrii acesteia.

c) n sectorul producerii energiei electrice ntre puterea produs de generatoare i frecvena lor de funcionare exist o corelaie, care influeneaz preul de cost i randamentul acestora; astfel, calculele arat c pentru puteri mici (de ordinul 10-20 MW), frecvena optim este de aproximativ 100 Hz, iar pentru puteri de ordinul 125 MW, ea se apropie de 50 Hz; corelaia este ns destul de slab din punct de vedere economic, deoarece costul total al unui generator de 125 MW (inclusiv costul pierderilor) este doar cu circa 10% mai mare, dac frecvena crete de la 50 Hz la 100 Hz.

Prin urmare, alegerea unei frecvene optime de funcionare, unic pentru ntreg sistemul energetic, trebuia efectuat pe baza unui compromis. n majoritatea trilor, acesta s-a realizat ntre anii 1920-1930 (perioad n care a avut loc o expansiune rapid a electrificrii) i n majoritatea trilor s-a ales valoarea de 50 Hz. Astzi, innd cont de progresele tehnologice, se apreciaz c valoarea optim a frecvenei ar fi deja peste 50 Hz. Ca urmare, n cazul anumitor procese tehnologice, optimizarea procesului de producie presupune utilizarea unor convertizoare de frecven, care s permit reglajul acesteia pe domeniul de variaie necesar.

1.3.2. TENSIUNI NORMATE Conform reglementrilor n vigoare se utilizeaz noiuni, precum cele definite n continuare:

tensiunea nominal (Un) o mrime cu caracter reprezentativ, folosit pentru denumirea instalaiilor i ca mrime de referin, la care se raporteaz anumite caracteristici de funcionare;

tensiunea de serviciu (Us) valoarea efectiv a tensiunii ntre dou faze definit ntr-un punct ( de exemplu, de livrare a energiei) i la un moment dat;

tensiunea cea mai ridicat pentru reea (UMR): cea mai mare valoare a tensiunii de serviciu, n condiii normale de exploatare;


tensiunea de utilizare: tensiunea ntre faze sau ntre faze i neutru la priza de alimentare sau la bornele unui echipament;

tensiunea cea mai ridicat pentru echipament (UME): cea mai ridicat valoare a tensiunii maxime de serviciu pentru care poate fi utilizat echipamentul.

Valorile normate pentru reele cu trei conductoare sunt, de obicei, mrimile efective ntre faze i sunt indicate pentru punctul de livrare5. Respectndu-se recomandarea general a Comisiei Electrotehnice Internaionale (CEI) ca, n aceeai ar, raportul ntre dou tensiuni nominale succesive s nu fie mai mic de cifra doi, n Romnia sunt standardizate urmtoarele tensiuni [59]:

pentru reelele de curent alternativ (cu trei sau patru conductoare), a cror tensiune nominal este cuprins ntre 100 V i 1000 V (inclusiv) i echipamentul aferent au fost adoptate urmtoarele trepte, denumite de joas tensiune:

230/400 V, 400/690 V, 1000 V ; pentru reele trifazate de curent alternativ i echipamentul aferent (de

nalt tensiune) au fost adoptate treptele prezentate n tabelul 1.2. Tabelul 1.2

Trepte de nalt tensiune standardizate n Romnia

Un [kV] 6(*) 10 20 110 220 400 750 UME [kV] 7,2(*) 12 24 123 245 420 765 (*)

aceste valori nu trebuie utilizate pentru reele de distribuie public

n condiii normale de utilizare este recomandat ca variaiile de tensiune n punctul de livrare la joas i medie tensiune s nu difere fa de tensiunea nominal a reelei cu mai mult de 10% [65]. Pentru reelele de tensiuni nominale peste 35 kV, domeniul admisibil de variaie a tensiunii este precizat n Codul tehnic al Reelei Electrice de Transport [10], dup cum urmeaz:

n orice punct al reelei electrice de 750 kV, marja de variaie a tensiunii este cuprins ntre 735 kV i 765 kV;



5 nivelul de reea n care sunt conectate reeaua distribuitorului de energie electric i

reeaua clientului


n orice punct al reelei electrice de 110 kV, marja de variaie a tensiunii este cuprins ntre 99 kV i 123 kV.

1.3.3. IRURI DE NUMERE NORMALIZATE n scopul facilitrii schimburilor comerciale ntre diveri parteneri, fabricanii utilizeaz iruri de numere normalizate, pentru stabilirea seriilor de cureni i puteri nominale (de catalog) ale echipamentelor electrice. Organizaia internaional de standardizare (ISO) recomand ca mod de realizare a iruirlor normale de numere utilizarea unor multiplicatori, ca de exemplu:

multiplicatorul 25,1101010 ==m (formeaz irul de numere R10); multiplicatorul 6,11055 ==m (formeaz irul de numere R5);

Tabelul 1.3 iruri de numere normalizate utilizate pentru cureni i puteri nominale

R10 1 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8

R10 1 - 1,6 - 2 - 4 - 6,3 -

Observaei: valorile din tabelul 1.3 pot fi rotunjite; se admite multiplicarea valorilor cu 10n, n care n este un numr ntreg, pozitiv sau negativ.

Prin urmare, valorile curenilor i puterilor aparente nominale se obin prin nmulirea multiplicatorilor din tabelul 1.3 cu puteri ale lui 10, de exemplu: 1600 kVA, 2500 A, 63 MVA etc.

1.4. CARACTERIZAREA TRANZITULUI DE SARCIN PRIN INSTALAIILE ELECTRICE 1.4.1. NOIUNEA DE SARCIN Prin sarcin nelegem curentul sau puterile aparent, activ, reactiv care tranziteaz o instalaie electric. De remarcat, c spre deosebire de curent sau putere aparent, puterea activ sau reactiv reprezint numai o parte a sarcinii, respectiv sarcina activ sau reactiv

1.4. 2. CARACTERIZAREA TRANZITULUI PRIN CURBE DE SARCIN Reprezentarea analitic, grafic sau tabelar a variatiei n timp a sarcinii constituie curba de sarcin. In figura 1.4 este reprezentat o curb de sarcin activ corespunztoare unei durate T .


Fig. 1.4. Curb de sarcin pe o perioad de timp T

Curbele de sarcin I(t) sau S(t) caracterizeaz complet tranzitul de sarcin printr-o instalaie electric. Cu ajutorul lor instalaia poate fi dimensionat din punct de vedere tehnic sau pot fi calculate pierderile de putere i mai ales de energie electric n instalaia respectiv.

1.4.3. CARACTERIZAREA TRANZITULUI PRIN INDICATORI In cazurile n care, fie nu se dispune de curba de sarcin, fie nu se dorete folosirea ei, tranzitul poate fi caracterizat printr-o serie de indicatori.

1.4.3.1. Energia tranzitat Aria de sub curba de sarcin activ reprezint energia activ tranzitat n perioada T:

( )=T

P dttPW0

(1.1)

Analog, pentru toate celelalte tipuri de sarcin se pot defini:

( )W Q t dtQT

= 0

(1.2)

( )W S t dtST

= 0

(1.3)

( )W I t dtIT

= 0

(1.4)

De regul, n instalaiile electrice se msoar (cu ajutorul contoarelor) energiile activ i reactiv.

P

t t


Doar n ultimul timp, datorit contoarelor electronice a aprut posibilitatea msurrii i a celorlalte dou mrimi (WS si WI). In lipsa acestor determinri, se poate folosi urmtoarea relaie6 :

W UW W WS I P Q +3 1 03 2 2, (1.5)

Semnul aproximativ dintre WS si WI este rezultatul considerrii tensiunii ca fiind constant.

1.4.3.2. Sarcina medie Sarcina medie se determin cu urmtoarele relaii:

IWTmed

I= (1.6)

S WTmed

S= (1.7)

PWTmed

P= (1.8)

Q WTmed

Q= (1.9)

1.4.3.3. Sarcina maxim Sarcina maxim se definete ca fiind cea mai mare dintre sarcinile medii

dintr-o perioad de timp T, sarcini medii calculate fiecare pe perioade de timp t. n practic se utilizeaz dou tipuri de sarcini maxime : - Sarcina maxim de vrf se determin cu ajutorul sarcinilor medii determinate pe perioade de timp t de ordinul a cteva secunde. Aceast sarcin medie se folosete pentru alegerea siguranelor fuzibile, pentru reglarea proteciilor etc. - Sarcina maxim de durat IM, SM, PM sau QM reprezint cea mai mare dintre sarcinile medii calculate pe intervale de timp t de 1560 minute din perioada de analiz T. De regul, pentru instalaiile n funciune, sarcina maxim de durat se determin cu ajutorul contoarelor. Aceast sarcin va fi folosit la dimensionarea cilor de tranzit a energiei electrice (linii, transformatoare) precum i la calculul pierderilor de putere i energie. Observaie: nu putem spune ntotdeauna c: S P QM M M2 2 2= + deoarece PM si QM pot s nu fie simultane.

6 Aceast relaie a fost propus de profesorii Pavel Buhu i Gheorghe Comnescu.


1.4.3.4. Durata de utilizare a sarcinii maxime Prin definiie, durata de utilizare a sarcinii maxime TIM, TSM, TPM, T es:

TWIIM

I

M

= (1.10)

TWSSM

S

M

= (1.11)

TWPPM

P

M

= (1.12)

TWQQM

Q

M

= (1.13)

Cu aproximaia dat de considerarea tensiunii ca fiind constant pe perioada T putem scrie:

T TIM SM (1.14)

Este evident c, n practic, se estimeaz cu mai mult usurint TPM si TQM . Totui, pentru calculul pierderilor de energie sunt necesare duratele de utilizare a sarcinii maxime TIM sau TSM. Exist posibilitatea de a stabili relaii de calcul ntre aceste durate:

2

22

2

22

222222

03,1

03,103,1

M

MQM

M

MPM

M

QMMMM

M

QPSMIM

SQ

TSP

T

STQTP

SWW

TT

+=

=

+=

+

(1.14a)

Observaie. Unii autori consider

PS

M

MM= cos i

QS

M

MM= sin ,

ceea ce poate s nu fie corect deoarece PM , QM si SM pot s nu fie simultane.

Dac TPM=TQM atunci, cu unele aproximaii, putem scrie c:

TPM=TQM TSM TIM


1.4.3.5. Coeficientul de umplere al curbei de sarcin Prin definitie, coeficientul de umplere al curbei de sarcin kuI, kuS,, kuP,, kuQ este :

M

medIM

M

IuI I

IT

TTI

Wk === (1.15)

M

medSM

M

SuS S

ST

TTS

Wk === (1.16)

M

medPM

M

PuP P

PT

TTP

Wk === (1.17)

M

medQM

M

QuQ Q

QT

TTQ

Wk === (1.18)

Unii autori mai numesc acest coeficient i coeficientul de aplatizare a curbei de sarcin. Se observ c acest coeficient este de fapt valoarea relativ a duratei de utilizare a sarcinii maxime n raport cu durata T de analiz. n literatura de specialitate folosirea coeficientului de umplere sau a duratei de utilizare a sarcinii maxime ine de obinuina autorilor. Pentru instalaiile electrice aflate n faza de proiectare se impune caracterizarea tranzitului prin indicatori. Sarcina proiectantului este n acest caz s estimeze indicatorii. Pentru instalaiile electrice existente n exploatare este posibil obinerea prin msurtori a curbei de sarcin. Din cauza volumului mare de instalaii acest lucru nu este fezabil nc dect n destul de puine cazuri. Ca urmare, se impune i n aceste cazuri utilizarea indicatorilor pentru caracterizarea tranzitului. Spre deosebire de proiectare, o parte din indicatori pot fi determinati prin msurtori n instalatiile existente folosind mai ales contoarele.

Sisteme electroenergetice

Documents

Transcript of Sisteme electroenergetice