8. SERVICII PROPRII DE CURENTALTERNATIV

8.1. DEFINIRE, CONSUM ŞI CLASIFICARE

Serviciile proprii de curent alternativ ale unei centrale electrice sunt totalitatea instalaţiilor de curent alternativ care asigură alimentarea cu energie electrică a mecanismelor şi utilajelor necesare desfăşurării procesului de producere e energiei electrice şi termice, precum şi a altor receptoare auxiliare.

Clasificarea lor se poate face după mai multe criterii, după cum urmează: după amplasarea în raport cu incinta centralei:

servicii proprii interne, constituite din consumatorii amplasaţi în incinta centralei; trebuie menţionat că multă vreme serviciile proprii ale unei centrale au fost denumite curent, în limbajul de specialitate din exploatare, servicii interne;

servicii proprii externe, constituite din consumatori care deservesc centrala dar sunt amplasaţi în afara incintei centralei; de exemplu, mecanismele de acţionare ale barajelor centralelor hidroelectrice etc.

după partea centralei deservită:

servicii proprii de bloc, care deservesc blocul cazan-turbină-generator dintr-o centrală termoelectrică sau blocul turbină-generator dintr-o centrală hidroelectrică: pompa de alimentare a cazanului, ventilatorul de aer al cazanului etc.;

servicii proprii generale, care deservesc mai multe blocuri sau întreaga centrală: gospodăria de combustibil, evacuarea cenuşii, barajul etc.

după importanţa lor în raport cu funcţionarea centralei:

servicii proprii de categoria 0 (consumatori vitali): aceştia se subîmpart la rândul lor în două subcategorii:

- 0.a – toţi consumatorii a căror întrerupere în alimentare mai mare de 1secundă conduce la scoaterea din funcţiune a blocului, turbinei sau cazanului; pentru receptoarele vitale de categoria 0.a de curent continuu se prevăd cel puţin două alimentări normale din bateria de acumulatoare; pentru receptoarele vitale de categoria 0.a de curent alternativ se prevăd cel puţin două alimentări normale din bateria de acumulatoare, prin aparate de convertire a curentului (invertoare) şi alimentări de rezervă de la barele de curent alternativ ale receptoarelor de categoria 0.b;

- 0.b – toţi consumatorii care nu permit decât întreruperi de scurtă durată (de ordinul 10.......20 secunde), în caz contrar fiind posibilă accidentarea de persoane sau avarierea gravă a agregatelor principale din centrală (cazan, turbină); în această categorie se încadrează receptoarele care trebuie să funcţioneze în perioadele de oprire de avarie a blocurilor cazan-turbină (de exemplu, anumite circuite de comandă şi automatizare, unele pompe de ulei, anumite vane electrice, iluminatul de siguranţă, staţii de reducere-răcire); pentru receptoarele vitale de categoria 0.b, se prevăd trei surse de alimentare, dintre care una va fi o sursă normală, a doua o sursă de rezervă independentă şi a treia va fi o sursă de alimentare de siguranţă (de exemplu, grup Diesel cu intrare automată în funcţiune);

servicii proprii de categoria I (consumatori principali): includ toţi consumatorii la care întreruperea alimentării pe durate mai mari de 3 secunde afectează direct regimul de funcţionare al blocurilor (cazan –turbină – generator), putând conduce la oprirea lor (de exemplu: pompe de alimentare cu apă a cazanelor, ventilatoare de aer şi gaze la cazan, inclusiv auxiliarele acestora etc.); pentru receptoarele de categoria I se asigură alimentarea de la o sursă normală şi de la una de rezervă independentă, cu anclanşarea automată a sursei de rezervă în cazul căderii sursei normale;

servicii proprii de categoria a II-a (consumatori secundari) includ toţi consumatorii a căror întrerupere temporară de ordinul 15-20 minute nu afectează imediat regimul de funcţionare al centralei (de exemplu: instalaţiile de descărcat, de concasat, de transportat etc.). Pentru receptoarele de categoria a II-a se prevăd o sursă normală şi una de rezervă;

servicii proprii de categoria a III-a (consumatori auxiliari) includ toţi consumatorii care nu afectează regimul de funcţionare al centralei (de exemplu: instalaţii de ridicat, ateliere, laboratoare etc.); alimentarea acestor receptoare se face de la o singură sursă de alimentare;

după regimul de funcţionare funcţionare în cadrul centralei:

servicii proprii cu funcţionare continuă (timp de funcţionare 24 de ore); servicii proprii cu funcţionare intermitentă (sub 24 de ore); servicii proprii în rezervă (timp de funcţionare zero).

116

Serviciile proprii ale centralelor electrice sunt consumatori importanţi de energie. Mărimea consumului la sarcina nominală a centralei depinde de o mulţime de factori. Cel mai important factor îl constituie tipul centralei: termoelectrică, nuclearo-electrică, hidroelectrică etc.

Astfel, consumul serviciilor proprii ale centralelor termoelectrice este cuprins între 5% - 12% din puterea instalată şi depinde de tipul combustibilului folosit, de parametrii circuitului termic, de tipul circuitului de răcire etc. De exemplu, la centralele care folosesc drept combustibil gazele naturale, consumul se situează spre limita inferioară, 5-6%, la centralele care folosesc combustibil lichid consumul este de ordinul 6-8% şi ajunge să aibă valori mari (9-12%) la centralele pe combustibil solid (cărbune). Consumurile sunt mai mari dacă centrala este de termoficare, dacă centrala are un circuit de răcire închis etc. De exemplu, la noi în ţară, utilizarea grupurilor de 50 MW pe lignit, în termoficare s-a făcut cu consumuri ale serviciilor proprii de aproape 15% din producţia grupurilor.

Centralele nuclearo-electrice au consumuri procentuale ale serviciilor proprii de ordinul 5-12% mărimea lor depinzând de filiera reactorului, de puterea nominală a generatoarelor, de tipul circuitului de răcire. Frecvent consumurile procentuale ale CNE se situează în domeniul 7-8%.

Cele mai mici consumuri procentuale ale serviciilor proprii le au centralele hidroelectrice, 0,2 – 2%, valorile mai mari corespunzând hidrocentralelor cu baraje mari.

8.2. FORME DE ENERGIE ŞI TREPTE DE TENSIUNE FOLOSITE LA ALIMENTAREA SERVICIILOR PROPRII

Energia cu ponderea cea mai mare în alimentarea consumatorilor de servicii proprii o reprezintă energia electrică. Ea este folosită în primul rând pentru alimentarea motoarelor folosite la acţionarea diverselor mecanisme. De asemenea, este folosită pentru iluminat. În unele centrale termoelectrice sau nuclearo-electrice pot exista consumatori de servicii proprii care folosesc energia mecanică a aburului produs în cazanele centralei; de exemplu, există centrale la care pompele de alimentare cu apă a cazanelor sunt antrenate de turbine cu abur.

Pentru alimentarea cu energie electrică a receptoarelor de servicii proprii, de regulă, se folosesc două trepte de tensiuni alternative şi anume:

treapta de medie tensiune, necesară, în primul rând, pentru alimentarea motoarelor de puteri unitare mari (peste 160 kW) sau pentru tranzitarea unei puteri mari pentru grupe de receptoare mai mici, prin intermediul unor transformatoare coborâtoare; ca treptă de medie tensiune se alege, de regulă, tensiunea de 6 kV; în cazuri justificate se poate opta şi pentru o altă tensiune medie (de exemplu 10 kV) sau eventual chiar pentru două trepte de tensiuni medii;

treapta de joasă tensiune, pentru alimentarea receptoarelor de mică putere, inclusiv a motoarelor cu puteri unitare sub 160 kW; pentru instalaţiile de joasă tensiune de regulă se alege treapta de 230/400 V.

117

8.3. SURSE DE CURENT ALTERNATIV PENTRU ALIMENTAREA SERVICIILOR PROPRII

8.3.1. ALIMENTAREA NORMALĂ A SERVICIILOR PROPRII

De-a lungul timpului s-au încercat mai multe soluţii pentru sursele de alimentare normală a serviciilor proprii ale centralelor electrice.

O primă soluţie, folosită la începuturile centralelor electrice este cunoscută sub denumirea de alimentarea serviciilor proprii cu un grup de casă. Soluţia constă în utilizarea unui grup turbină-generator de putere mică numai pentru alimentarea serviciilor proprii (figura 8.1), aburul pentru turbina grupului de casă fiind produs în cazanul care alimentează şi turbina principală .

Fig.8.1. Grupul de casă - ca sursă de alimentare a serviciilor proprii

Soluţia cu grup de casă are marele avantaj că reprezintă o sursă pentru alimentarea serviciilor proprii independentă de evenimentele de la bornele generatorului principal şi din sistemul electroenergetic. Acest lucru a prezentat importanţă la începuturile dezvoltării sistemului electroenergetic, când multe centrale funcţionau insular, când sistemul era slab şi nu prezenta suficientă siguranţă. De asemenea, ea a fost şi suficient de avantajoasă economic, atâta timp cât s-au folosit cazane cu parametrii aburului scăzuţi Principalul dezavantaj îl reprezintă investiţia specifică mare în grupul de casă, necesitatea unei turbine cu abur de putere mică etc.

O altă soluţie , derivată din prima soluţie prezentată, o reprezintă soluţia cu generator de casă. Deosebirea faţă de soluţia anterioară constă în antrenarea generatorului de casă de către turbina grupului principal. În acest fel se renunţă la o

118

G 3~

Gc~

S

AAR

Turbina şi generatorul principal

Grupul de casă

Staţia de evacuare a energiei

Statie de servicii proprii

Consumatori de servicii proprii

turbină de putere mică, cu investiţii mari şi, totdată, se păstrează independenţa sursei de alimentare normală a serviciilor proprii faţă de evenimentele de la bornele generatorului principal şi din sistem (figura 8.2). Este de asemenea o soluţie specifică perioadei de copilărie a sistemului electroenergetic şi, la fel ca şi soluţia anterioară, nu a rezistat dezvoltării ulterioare a sistemului electroenergetic. Dezavantajele soluţiei sunt în principal legate de problemele ridicate de ansamblul turbină cu două generatoare pe acelaşi ax.

Fig.8.2. Soluţia cu generator de casă ca sursă de alimentare a serviciilor proprii

În sfârşit, soluţia care este în prezent unanim acceptată o reprezintă alimentarea serviciilor proprii de la bornele generatorului principal (figura 8.3).

Fig.8.3. Alimentarea serviciiilor proprii de la bornele generatorului principal

119

Generatorul de casă

G 3~

Gc~

S

AAR

Turbina comună

Staţia de evacuare a energiei

Statie de servicii proprii

Consumatori deservicii proprii

Generatorul principal

G 3~

S

AAR

Turbina

Staţia de evacuare a energiei

Statie de servicii proprii

Consumatori deservicii proprii

Generatorul principal

În acest fel, puterea folosită pentru alimentarea serviciilor proprii este instalată în turbine şi generatoare cu puteri unitare suficient de mari, deci este o putere cu investiţii specifice mici şi cu costuri de producţie de asemenea mici. Această soluţie se bazează pe faptul că odată cu dezvoltarea sistemelor electroenergetice, acestea au devenit tot mai sigure şi puternice, permiţând o siguranţă suficientă în alimentarea serviciilor proprii. De asemenea progresele obţinute în realizarea unor sisteme de protecţie şi automatizări au permis aplicarea pe scară largă a acestei soluţii de principiu la majoritatea centralelor electrice. Trebuie menţionat faptul că în figura 8.3 nu s-au evidenţiat şi eventualele transformatoare, de exemplu, cele de bloc, ci s-a pus în evidenţă doar principiul soluţiei.

8.3.2. ALIMENTAREA DE REZERVĂ A SERVICIILOR PROPRII

După cum s-a mai spus, consumatorii serviciilor proprii sunt foarte importanţi şi unul dintre principalele elemente în asigurarea continuităţii în alimentarea lor o constituie asigurarea unor surse de rezervă. Acestea trebuie să fie cât mai independente faţă de alimentarea normală.

O primă soluţie, folosită în majoritatea cazurilor ca soluţie de bază, este asigurarea unei căi de alimentare de rezervă, în curent alternativ, din reţeaua sistemului electroenergetic în care este evacuată energia produsă de centrală (cale prevăzută cu anclanşarea automată a rezervei - AAR), aşa cum schematic este prezentată în figurile 8.1, 8.2 şi 8.3. În paragrafele următoare se vor face mai multe precizări privind aceste căi de rezervă.

În afara acestor căi de rezervă, care nu sunt total independente, mai sunt necesare căi de rezervă complet independente, mai ales pentru alimentarea consumatorilor vitali. Principalele surse de alimentare de rezervă, considerate independente, şi care au fost utilizate de-a lungul timpului sunt bateria de acumulatoare şi grupul Diesel cu demaraj rapid .În figura 8.4 sunt prezentate două exemple de scheme pentru alimentarea de rezervă a serviciilor proprii. Trebuie remarcat însă că este vorba de soluţii cu putere relativ mică, pentru alimentarea numai a consumatorilor vitali în condiţii de avarie. Întrucât în acest domeniu există o mare varietate de soluţii, cele prezentate au rol numai de exemplificare. În continuare, în cadrul acestui capitol, nu se vor mai prezenta şi discuta soluţii din această categorie şi, ca urmare, când se vor face referiri la căi de rezervă, de regulă, acestea vor fi cele în curent alternativ din reţea.

8.4. ACŢIONĂRI ELECTRICE PENTRU SERVICII PROPRII

Majoritatea mecanismelor din serviciile proprii ale centralelor electrice sunt antrenate de motoare electrice. Puterile necesare pentru antrenare sunt foarte diverse: de la valori mici de ordinul sutelor de waţi până la valori foarte mari ce pot atinge chiar 10 MW.

120

Fig.8.4. Căi de alimentare de rezervă a serviciilor proprii cu un grad mare de independenţă şi siguranţă

Pentru o funcţionare sigură a mecanismelor serviciilor proprii este necesar ca mărimile caracteristice de funcţionare ale motorului să corespundă condiţiilor de funcţionare ale mecanismului şi anume: puterea motorului electric trebuie să fie suficientă pentru a acţiona mecanismul

la funcţionarea acestuia la sarcină nominală; cuplul dezvoltat de motor trebuie să fie suficient pentru lansarea mecanismului

până la turaţia nominală a acestuia, fără ca motorul să se supraîncălzească peste limita admisibilă, din cauza curenţilor de pornire, chiar dacă motorul a fost încălzit ca urmare a funcţionării de durată la plină sarcină;

motorul unui mecanism principal trebuie să aibă capacitate de autopornire, după restabilirea tensiunii, dacă a fost frânat parţial sau total la o scădere a tensiunii în reţea:

forma de execuţie a motorului şi modul de răcire al acestuia trebuie să corespundă condiţiilor de temperatură, de umiditate şi de curăţenie a mediului înconjurător.

Alte condiţii importante la alegerea tipurilor de motoare electrice: dispozitive simple de pornire, construcţie sigură, exploatare uşoară, cost iniţial redus şi cheltuieli reduse de exploatare.

121

Cuplă electromagnetică

a

M~ G ~

0,4 kV c.a.

. . .

IA

IA

Volant IA

Alimentare normală a motorului

b

Motor Diesel cu demaraj

rapid

Consumatori importanţi ai s.p.

. . .

IA

0,4 kV c.a.

G ~Baterie de

acumulatoare

~ =IA

Consumatori importanţi ai s.p.

Motor Diesel cu demaraj

rapid

8.4.1. CARACTERISTICA MECANICĂ A ACŢIONĂRILOR ELECTRICE

Caracteristica mecanică a acţionărilor cu motoare electrice reprezintă dependenţa cuplului rezistent de turaţia motorului de antrenare, respectiv de alunecarea de regim, şi depinde de tipul mecanismului antrenat. Pentru un număr mare de mecanisme, caracteristica mecanică poate fi pusă sub forma:

(8.1)

în care: Cr reprezintă cuplul rezistent al maşinii antrenate de motor; Cn - cuplul nominal al motorului electric; s - alunecarea de regim a motorului, care este dependentă de f şi u; ck - cuplul de frecări (de mers în gol) al mecanismului antrenat, considerat independent de alunecarea s şi cv - cuplul util, variabil cu alunecarea s.

Valoarea exponentului z este variabilă după tipul maşinii de lucru. Sub aspectul dependenţei de turaţie a cuplului rezistent, pot fi evidenţiate, în principal, următoarele categorii de acţionări cu motoare electrice utilizate ca servicii proprii în centrale electrice: acţionări cu cuplu rezistent independent de turaţie, pentru care z = 0 (maşini

unelte, transportoare, pompe cu piston, compresoare, mori cu bile, etc.); acţionări cu cuplu rezistent pentru care z = 2 (pompe, ventilatoare şi

compresoare centrifugale); acţionări al căror cuplu rezistent variază cu turaţia la o putere z > 2 (pompe

care lucrează cu contrapresiune).

Pompele şi ventilatoarele se caracterizează din punct de vedere tehnologic prin „caracteristica H-D”, având în abscisă debitul de fluid D, iar pe ordonată-înalţimea (presiunea) de refulare H. Un exemplu de caracteristică H-D, pentru o pompă de apă centrifugală, este prezentat în figura 8.5. Pentru diferite diametre sau diferite turaţii ale rotorului, se poate trasa o familie de curbe asemănătoare. Ecuaţia caracteristicii H-D, în funcţie de turaţia de antrenare a mecanismului poate fi pusă sub forma:

[m] (8.2)

în care: K1, K2 şi K3 reprezintă constante constructive ale agregatului, iar n - turaţia de antrenare a agregatului, în rot/min.

Caracteristica reţelei de conducte R este formată, în cazul general, din înălţimea (presiunea) statică (Hst) şi suma căderilor de presiune dinamice, ca urmare a frecărilor pe diferite elemente ale circuitului (pereţi şi coturi ale conductelor, elemente de strangulare, robinete etc.); această caracteristică este reprezentată pe figura 8.1 sub forma unei parabole, având expresia analitică:

[m] (8.3)

122

Fig.8.5. Stabilirea punctelor de funcţionare pentru o pompă centrifugă, la intersecţia

caracteristicilor H-D ale pompei (pentru diferite turaţii de antrenare) cu caracteristicile reţelei de conducte (pentru diferite poziţii ale ventilului de

pe refulare).

în care: K este coeficientul de rezistenţă a reţelei de conducte, în h2/m3.

Un punct A de funcţionare a agregatului se stabileşte la intersecţia celor două caracteristici (fig.8.1).Puterea necesară la arborele mecanismului, corespunzătoare punctului A de funcţionare, este:

[kW](8.4)

în care: DA reprezintă debitul de fluid corespunzător punctului A, în m3/h; HA - înălţimea de refulare, corespunzătoare punctului A, în m; ρ - densitatea fluidului, în kg/mł; g - acceleraţia gravitaţională,în m/s2; ηA - randamentul agregatului corespunzător punctului A.

Reducerea debitului de la valoarea DA la valoarea DB (fig.8.5) se poate obţine, de exemplu, prin: laminare (strangulare), închizând

ventilul pe refulare; punctul de funcţionare se deplasează pe caracteristica pompei în poziţia B, corespunzătoare unei înălţimi de refulare HB; puterea la arborele agregatului este proporţională cu suprafaţa HB . DB;

reducerea printr-un procedeu oarecare a turaţiei agregatului, caracteristica acestuia deplasându-se în jos (pe fig.8.5) până la stabilirea echilibrului în noua poziţie B', corespunzătoare înalţimii HB' = HB - ΔH, în care ΔH reprezintă căderea de presiune pe ventil; puterea solicitată la arborele pompei este, în acest caz, proporţională cu suprafaţa HB'. DB.

Reglând debitul mecanismului prin variaţia turaţiei acestuia se economiseşte deci, comparativ cu reglajul prin laminare, o putere proporţională cu suprafaţa ΔH.DB. În cazul unor variaţii frecvente ale debitului, cerute de procesul tehnologic, economiile de energie obţinute prin variaţia vitezei pot fi însemnate.

Pentru orice punct de intersecţie a caracteristicii H-D cu caracteristica reţelei de conducte, corespunzător regimului staţionar de funcţionare, expresia

123

debitului de fluid al maşinii - în funcţie de turaţie - se poate obţine sub forma soluţiei unei ecuaţii de gradul 2, care rezultă prin egalarea expresiilor 8.2 şi 8.3. Debitul de fluid D al maşinii, exprimat în unităţi relative prin raportare la debitul corespunzător condiţiilor nominale de alimentare ( F=50 Hz, U=Un), poate fi pus sub forma:

(8.5)

în care: a, b, c reprezintă coeficienţi care depind de caracteristicile maşinii, de regimul ei de exploatare, precum şi de caracteristicile reţelei de conducte; kn = n/nn

reprezintă turaţia relativă a maşinii, care a fost obţinută prin raportarea turaţiei n a maşinii la valoarea ei nominală. Se poate demonstra relativ simplu că numai în absenţa contrapresiunii (sarcina statică nulă), debitul de fluid depinde liniar de turaţie.

Luând în considerare relaţiile (8.3) şi (8.4), se obţine dependenţa puterii utile, cerută de mecanism la arborele motorului electric de antrenare ( Pi ), de debit şi implicit, de o turaţie oarecare ni a motorului:

[kW] (8.6)

Se poate demonstra relativ simplu că numai în absenţa contrapresiunii, puterea utilă la arborele motorului de antrenare depinde de cubul turaţiei.

Dependenţa cuplului rezistent (Cr), opus de maşină la arborele motorului de antrenare de turaţia acestuia poate fi exprimată sub forma [3]:

[Nm] (8.7,a)

respectiv, dacă se ia în considerare relaţia (8.6) rezultă:

[Nm] (8.7,b)

Raportul dintre cuplul rezistent la arborele de antrenare a pompei sau ventilatorului, determinat cu relaţia (8.7) pentru o turaţie oarecare ni şi cel corespunzător, de exemplu, turaţiei nominale, este de forma:

(8.8,a)

În cazul general, forma analitică a cuplului rezistent exprimat în funcţie de turaţie este complicată, pentru exprimare utilizându-se relaţii relativ complexe, de dependenţă între debit şi turaţie, precum şi între randament şi turaţie. Pentru relaţia debit-turaţie se poate folosi expresia (8.5), iar pentru exprimarea dependenţei randamentului în funcţie de debit şi de turaţie, se pot utiliza relaţii de similitudine sau, dacă domeniul de variaţie al turaţiei este relativ restrâns (±10% ... ±15%), atunci se poate neglija variaţia randamentului cu turaţia.

124

Dacă Hsc = 0 şi, deci, debitul depinde liniar de turaţie, relaţia (8.8,a) se poate pune sub o formă mai simplă, cunoscută în literatură sub denumirea de caracteristica mecanică tip „ventilator”:

(8.8,b)

sau:(8.8,c)

în care: Cn reprezintă cuplul nominal al motorului electric de antrenare; crn = Crn/Cn

- cuplul relativ rezistent la arborele motorului în condiţii nominale de funcţionare.Turaţia motoarelor asincrone variază practic proporţional cu frecvenţa

reţelei electrice de alimentare, nivelul tensiunii de alimentare a motoarelor electrice de antrenare influenţând relativ puţin turaţia acestuia şi, într-o primă aproximaţie, acest efect poate fi neglijat. În această ipoteză, relaţia (8.8,c) poate fi pusă sub forma:

(8.8,d)

Prin urmare, numai în absenţa contrapresiunii şi pentru un domeniu relativ restrâns de variaţie a turaţiei, pentru care se poate neglija variaţia randamentului maşinii cu turaţia, caracteristica mecanică poate fi considerată parabolică. Pe măsură ce creşte sarcina statică, creşte şi panta caracteristicii mecanice ( z > 2 ) şi scade domeniul de variaţie a turaţiei, pentru care este posibilă funcţionarea maşinii. (fig.8.6). Pentru ventilatoare (Hst = 0), caracteristica mecanică este o parabolă, care trece prin originea axelor de coordonate (caracteristică tip „ventilator”). Pentru exemplificare, sunt prezentate rezultatele unor studii de caz, referitoare la stabilirea caracteristicilor mecanice pentru următoarele pompe (antrenate cu motoare asincrone, alimentate la 6 kV din staţia de servicii proprii a unui bloc de 50 MW pevlignit) în diferite ipoteze de funcţionare: electropompa de alimentare cu apă (EPA) a cazanului (3800 kW, 3000

rot/min), luând în considerare diferite valori ale sarcinii statice, exprimate în unităţi relative prin raportare la sarcina totală corespunzătoare regimului nominal de funcţionare a pompelor (Hst* = 0,7 ... 0,9), după cum urmează:

cazul A: Hst* ≈ 0,7; cazul B: Hst* ≈ 0,8; cazul C: Hst* ≈ 0,9;

electropompele de circulaţie (EPC) aferente turbinei (2x400 kW, 600 rot/min), în ipoteza existenţei sau absenţei turnului de răcire (deci cu Hst* < 0,85) precum şi în diferite alte ipoteze privind diametrul rotorului pompei şi numărul pompelor care funcţionează în paralel, după cum urmează:cazul D: 2EPC ф720 mm, Hst* ≈ 0,4; cazul E: 1EPC ф 720 mm, Hst* ≈ 0,6;cazul F: 2EPC ф 630 mm, Hst* ≈ 0,7; cazul G: 1EPC ф 630 mm, Hst* ≈ 0,8.

125

Fig.8.6. Caracteristici mecanice pentru unele mecanisme aparţinând instalaţiei de servicii proprii a unui bloc energetic de 50 MW/lignit.

Utilizând relaţiile (8.7) şi (8.8), precum şi metoda celor mai mici pătrate, caracteristicile mecanice ale acţionărilor studiate se pot obţine analitic, sub forma:

(8.9)

în care: kn reprezintă turaţia exprimată în mărimi relative prin raportare la turaţia nominală.

La stabilirea domeniului de variaţie a turaţiei de antrenare a pompelor luat în considerare pentru ajustarea expresiei caracteristicilor mecanice s-au considerat următoarele ipoteze:a) turaţia ia valori pe întreg domeniul său de variaţie, de la pornire şi până la

atingerea turaţiei de regim nominal;b) turaţia ia valori doar pe domeniul cuprins între nmin (sub care nu este posibilă

livrarea de lichid, deci D = 0 ) şi turaţia de regim nominal.

126

Rezultatele privind expresia caracteristicilor mecanice obţinute în prima ipoteză prezintă interes, de exemplu, pentru soluţionarea unor probleme legate de regimurile tranzitorii de pornire şi autopornire a motoarelor asincrone.

Pentru studierea implicaţiilor regimurilor nenominale de funcţionare asupra instalaţiilor electrice, domeniul de variaţie a turaţiei sub influenţa frecvenţei şi/sau a tensiunii de alimentare fiind relativ restrâns, pentru toate pompele pot fi utilizate caracteristicile mecanice liniare (z=1), obţinute în cea de a doua ipoteză de variaţie a turaţiei (nmin = n = nn). Pe baza datelor din tabelul 8.1se poate observa că panta dreptelor creşte odată cu creşterea sarcinii statice.

Tabelul 8.1

Caracteristici mecanice ale unor mecanisme de servicii proprii

CAZ

Hst*

nmin Ipoteza a Ipoteza b0 = n = nn nmin = n = nn

[rot/min]

ck cv z ck cv z

A 0,74 2450 0,13 0,89 5 -2,32 3,34 1B 0,83 2600 0,14 0,87 5,5 -2,87 3,88 1C 0,90 2705 0,15 0,86 6,5 -3,48 4,48 1D 0,42 354 0,07 0,94 3 -1,07 2,10 1E 0,58 353 0,09 0,93 2,5 -0,81 1,82 1F 0,67 421 0,09 0,92 3,5 -1,47 2,50 1G 0,84 421 0,08 0,88 2,5 -1,01 2,00 1

Dacă se urmăreşte exprimarea caracteristicii mecanice a acţionării sub forma (8.1), în relaţia (8.8,a), va trebui luată în considerare dependenţa dintre turaţia (ni) şi alunecarea (si) de regim i a motorului, precum şi turaţia de sincronism (no) a acestuia. Astfel, pentru frecvenţă şi tensiune nominală, relaţia dintre aceste mărimi este:

si = 1- ( ni / n0) (8.10)

În cazul general, dacă pentru M regimuri de funcţionare se dispune de o serie de date (constituită din M perechi de valori cuplu rezistent-alunecare de regim i), coeficienţii ck, cv şi z ai caracteristicii mecanice din relaţia (8.9), se pot obţine tot prin metoda celor mai mici pătrate.

8.4.2. MOTOARE PENTRU ANTRENAREA MECANISMELOR DIN INSTALAŢII DE SERVICII PROPRII

8.4.2.1. Motoare asincrone (MAS)

Motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit este cel mai utilizat motor electric în instalaţiile serviciilor proprii. Simplitatea construcţiei face ca aceste motoare să fie sigure în funcţionare şi să necesite o întreţinere uşoară. Tot din cauza simplităţii construcţiei, motoarele asincrone sunt cele mai ieftine dintre toate

127

tipurile de motoare existente. Pornirea lor se poate face fără dispozitive de pornire, prin simpla aplicare a tensiunii la înfăşurarea statorului. Aceasta permite ca, în anumite situaţii, să nu fie deconectate de la reţea la dispariţia sau la scăderea tensiunii şi, ca urmare, la reapariţia tensiunii, să repornească fără a fi nevoie de vreo intervenţie. Principalele dezavantaje ale motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit sunt: curentul mare absorbit la pornire; acesta poate atinge valori de 6-10 ori

valoarea curentului nominal, ceea ce duce la supraîncărcarea căilor de alimentare, în cazul pornirii motoarelor de putere mare sau în cazul pornirii simultane a unui număr mare de motoare;

cuplul de pornire al motorului este mai mic decât cel nominal; aceasta exclude posibilitatea folosirii lui la mecanismele care necesită cupluri de pornire mari;

motoarele în execuţie normală nu au dispozitive de reglare a turaţiei.

Mărirea cuplului de pornire şi micşorarea curentului de pornire se realizează prin îmbunătăţirea construcţiei rotorului, realizându-l cu dublă colivie sau cu bare înalte.

Variaţia controlată a frecvenţei de alimentare a MAS este din ce în ce mai des utilizată în acţionările electrice, pentru a efectua un reglaj al vitezei de rotaţie a motoarelor. Acest mod de variaţie a turaţiei nu este însă posibil decât atunci când motorul este alimentat de la o instalaţie specială, de exemplu, în instalaţiile moderne, prin utilizarea convertizoarelor statice de frecvenţă (fig.8.7,a).

Convertizoarele statice de frecvenţă (CSF) sunt echipamente electronice de putere, care realizează dintr-o reţea trifazată de frecvenţă şi tensiune fixe, un sistem trifazat având frecvenţa şi tensiunea variabile. Reţeaua de frecvenţă continuu variabilă obţinută la ieşire este aplicată motorului de curent alternativ, modificându-i-se atât turaţia de sincronism, cât şi cea de lucru.

Variaţia turaţiei motorului asincron cu rotor în colivie comandat prin convertizor de frecvenţă se bazează pe obţinerea în întrefierul acestuia a unui câmp magnetic învârtitor cu viteză variabilă, prin varierea corelată a amplitudinii tensiunii trifazate şi a frecvenţei. Viteza variaţiei trebuie limitată în scopul evitării desprinderii maşinii la depăşirea alunecării corespunzătoare cuplului maxim dezvoltat de motor .

Se ştie că fluxul magnetic din motor şi cuplul maxim al motorului sunt aproximativ proporţionale cu raportul U/F. Caracteristica de variaţie a turaţiei motoarelor se poate realiza la un cuplu aproximativ constant, într-un domeniu parţial sau total de variaţie a frecvenţei (în funcţie de alegerea caracteristicii U/F). Pentru a se realiza, de exemplu, condiţia funcţionării motorului asincron la cuplu învârtitor constant, trebuie ca tensiunea aplicată motorului să varieze proporţional cu frecvenţa, deci trebuie îndeplinită condiţia:

U/F = constant.

În practică, apare necesitatea unor abateri de la această condiţie, pe de o parte ca urmare a faptului că fierul este saturat în oarecare măsură, iar pe de altă

128

parte, deoarece condiţiile de răcire ale maşinii se modifică cu variaţia vitezei de rotaţie. Menţinerea unui raport U/F constant până la atingerea tensiunii maxime la ieşirea convertizorului (practic tensiunea nominală de alimentare a MAS), determină un flux magnetic constant în maşină, obţinându-se deci o caracteristică a cuplului motor Cm(n), de amplitudine constantă (Cmaxim = constant) (fig.8.7,b).

a

b

c

Fig.8.7. Schema de reglare a vitezei motorului asincron, care utilizează un convertizor static de frecvenţă (a); caracteristicile mecanice ale motorului pentru diferite frecvenţe de alimentare (b); caracteristicile MAS alimentate la frecvenţă variabilă (c).

În punctul nominal de funcţionare a acţionării, motorul fiind alimentat la frecvenţa nominală şi la tensiunea nominală va furniza puterea maximă de durată (nominală). La creşterea frecvenţei peste valoarea nominală, tensiunea de ieşire nemaiputând fi crescută, fluxul maşinii scade; în consecinţă, puterea acţionării rămâne constantă, iar cuplul disponibil la arbore scade hiperbolic, conform fig.8.7,c.

La frecvenţe scăzute de alimentare, rezistenţa înfăşurării statorice devine de acelaşi ordin de mărime cu reactanţa de magnetizare, ceea ce face ca această

129

reactanţă să nu mai poată fi neglijată; ca urmare a acestui fapt, pentru a menţine fluxul în întrefier constant, variaţia tensiunii cu frecvenţa nu mai este liniară şi, sub frecvenţe de aproximativ 15 Hz, se menţine constantă (fig.8.7,c).

Funcţionarea instalaţiei la turaţii (frecvenţe) reduse de lucru conduce la o înrăutăţire a ventilaţiei proprii, fiind necesară o ventilaţie forţată sau supradimensionarea motorului. Mai economică este soluţia folosirii unui motor cu turaţie nominală mai mică (număr mai mare de poli), care oferă şi avantajele obţinerii unui cuplu util mai mare, precum şi a unui randament mai bun al convertizorului (la frecvenţe joase, pierderile în circuitele de comutaţie sunt mai reduse ).

În cazul în care aplicarea metodelor de mai sus nu este posibilă, în zona frecvenţelor mici, trebuie redus cuplul la arborele motorului (ventilaţia acestuia devine insuficientă) sau trebuie stabilită limita inferioară de frecvenţă, la care se poate funcţiona din punct de vedere a încălzirii. Această limită se află la intersecţia dintre caracteristica motorului alimentat prin convertizor cu caracteristica mecanică a mecanismului antrenat.

Probleme pot să apară mai ales la mecanismele la care cuplul rezistent este independent de turaţie (z=0), pentru că la cele la care cuplul rezistent scade pe măsură ce scade turaţia (pompe şi ventilatoare), există rezerve mai mari în ceea ce priveşte puterea disponibilă pe un domeniu relativ larg de variaţie a turaţiei, nefiind în general necesară introducerea unei ventilaţii independente.

Pentru alimentarea motoarelor din seria normală la o turaţie (frecvenţă) superioară celei nominale, este necesar acordul constructorului motorului. Motoarele din seria normală admit supraturaţii de maxim 20%, timp de 2 minute cel mult. Pentru utilizarea motoarelor la tensiune superioară celei nominale este de asemenea necesar acordul fabricantului MAS.

Alegerea şi adaptarea convertizorului de frecvenţă se face în funcţie de caracteristica de sarcină corespunzătoare, tensiunea şi turaţia nominală a motoarelor electrice, gama necesară de variaţie a frecvenţei, numărul de motoare acţionate cu acelaşi convertizor care pornesc simultan, cerinţele privind siguranţa în funcţionare, gabaritul şi masa, compatibilitatea electromagnetică, costul.

Eficienţa folosirii dispozitivelor reglabile pentru mecanisme acţionate electric se determină în principal prin posibilitatea creşterii randamentului şi deci, prin asigurarea unei economii de energie electrică, prin posibilitatea de optimizare a proceselor tehnologice, precum şi prin crearea unor condiţii de automatizare complexă a acestor procese.

Un motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, asociat cu un convertizor static de frecvenţă, formează un echipament electric de acţionare cu turaţie reglabilă în limite largi. Prin utilizarea unor astfel de sisteme de acţionare, se pot obţine importante economii de energie la utilizatori, cu toate efectele economice şi sociale care decurg din aceasta. În plus, apar şi alte avantaje, ca de exemplu, micşorarea solicitărilor electrice, mecanice şi termice, care sunt foarte mari în cazul pornirii directe. Reducerea curentului de pornire a motoarelor asincrone (Ip/In este de ordinul 1 la pornirea prin convertizor, în loc de 5…7 la pornirea directă) permite de asemenea o dimensionare mai economică a circuitului electric de alimentare a

130

motorului. Introducerea acţionărilor electrice cu turaţie reglabilă este favorizată de progresele înregistrate în ultima vreme în domeniul electronicii de putere.

Utilizarea convertizoarelor statice de frecvenţă ridică însă unele probleme de compatibilitate electromagnetică, întrucât aceste convertizoare sunt surse de regim deformant atât la intrare, cât şi la ieşire.

Motorul asincron cu rotorul bobinat se porneşte cu ajutorul unui reostat, care se conectează în circuitul rotorului, şi a cărui rezistenţă se scoate treptat din circuit, pe măsură ce motorul se accelerează. Când motorul atinge turaţia nominală, rezistenţa reostatului se scoate complet din circuit şi motorul funcţionează ca un motor cu rotorul în scurtcircuit. Introducerea, la pornire, a unei rezistenţe în circuitul rotorului permite să se micşoreze curentul de pornire (până la valoarea de 2-3 ori curentul nominal) şi să se mărească cuplul de pornire până la valoarea cuplului maxim. Necesitatea introducerii unei rezistenţe în circuitul rotorului la pornire constituie dezavantajul principal al motorului cu rotorul bobinat. Dacă motorul s-a frânat sau s-a oprit, ca urmare a scăderii tensiunii în reţea, pentru pornirea lui este necesar ca reostatul să fie trecut în poziţia de pornire. Aceasta se poate face fie automat şi în acest caz motorul poate să rămână conectat la reţea, fie manual şi, în acest caz, motorul trebuie să se deconecteze în mod automat la scăderi mai importante de tensiune. Trecerea automată a motorului în poziţia de pornire, la scăderea tensiunii, urmată de o pornire automată, necesită instalaţii complicate şi costisitoare. Întrucât deconectarea mecanismelor la scăderea tensiunii este inadmisibilă pentru mecanisme principale, rezultă că nu se pot utiliza astfel de motoare pentru antrenarea acestor mecanisme.

În afară de aceasta, prezenţa inelelor colectoare şi a reostatului de pornire complică exploatarea motorului, micşorează siguranţa de funcţionare a acestuia şi-l măreşte costul. De aceea, în centralele electrice moderne motoarele cu rotorul bobinat nu se mai folosesc.

8.4.2.2. Motoare sincrone

Se folosesc destul de rar pentru antrenarea mecanismelor serviciilor proprii. Principalul avantaj al acestor motoare constă în faptul că ele pot genera putere reactivă şi în consecinţă se pot reduce pierderile de putere activă provocate de circulaţia puterii reactive. Acest avantaj este limitat în cadrul serviciilor proprii, deoarece motoarele sunt amplasate foarte aproape din punct de vedere electric de generatoarele centralei. În afară de aceasta motoarele sincrone nu permit variaţia turaţiei mecanismelor decât prin instalaţii intermediare.În plus, prezenţa excitatricei cu colector introduce în schemă un element cu siguranţă redusă.

În ultimul timp, datorită simplificării schemelor de pornire şi protecţie, măririi siguranţei de funcţionare şi reducerii costului de fabricaţie, a devenit rentabilă folosirea motoarelor sincrone de mare putere. Folosirea motoarelor sincrone înseamnă şi un randament mai mare ca al celorlalte tipuri de motoare şi posibiltatea de îmbunătăţire a stabilităţii de funcţionare a serviciilor proprii în cazul scăderilor de tensiune în timpul avariilor, prin folosirea forţării excitaţiei .

131

8.4.2.3. Motoare de curent continuu

Avantajul principal al motoarelor electrice de curent continuu, în special al motoarelor cu excitaţia în derivaţie, constă în faptul că ele permit să se realizeze, cu pierderi mici de energie, reglarea în limite largi a turaţiei mecanismelor. Motoarele electrice de curent continuu prezintă însă o serie de dezavantaje importante. Punctul slab al acestor motoare este colectorul, care necesită o întreţinere permanentă şi foarte îngrijită. Un alt dezavantaj al motoarelor de curent continuu constă în faptul că necesită surse de alimentare în curent continuu, deci fie de la un redresor, fie de la bateria de acumulatoare, ceea ce măreşte costul instalaţiei. Costul motoarelor de curent continuu este mai mare în comparaţie cu cel al celorlalte tipuri de motoare.

Motoarele de curent continuu se folosesc la acţionarea transportoarelor de combustibil sub formă de praf în centralele pe cărbune, unde este necesară reglarea turaţiei în limite largi.Motoarele de curent continuu se utilizează, de asemenea, pentru antrenarea pompelor de ulei de ungere şi etanşare, de rezervă, în cazul opririi turbogeneratoarelor pe timp de avarie deoarece alimentarea lor se poate face direct de la bateria de acumulatoare.

8.4.3. COMPORTAREA MOTOARELOR ASINCRONE ÎN CONDIŢII NENOMINALE DE FUNCŢIONARE

Funcţionarea motoarelor electrice asincrone (MAS) în condiţiile alimentării cu energie electrică cu abateri ale frecvenţei şi/sau tensiunii faţă de valorile nominale, precum şi cu un grad de încărcare la arbore diferit de cel nominal poate avea consecinţe tehnico-economice importante, ca de exemplu: efecte asupra productivităţii mecanismului antrenat (exprimate de exemplu prin

influenţă asupra debitului unei pompe sau a unui ventilator); efecte asupra randamentului ansamblului motor-mecanism antrenat, respectiv,

asupra cererii de putere şi energie de la reţeaua electrică de alimentare (exprimate, de exemplu, prin influenţa asupra caracteristicilor statice de sarcină sau a celor energetice);

implicaţii asupra siguranţei în funcţionare a ansamblului cinematic studiat (uzură, dificultăţi la pornire şi/sau autopornire pentru motorul electric de antrenare etc.).

Implicaţiile abaterilor de tensiune şi/sau de frecvenţă asupra motoarelor asincrone sunt dependente de tipul mecanismului antrenat şi de cuplul rezistent, pe care acesta îl opune la arborele motorului de antrenare.

În vederea studierii comportării tehnico-economice a acţionărilor electrice în condiţii nenominale de funcţionare, precum şi pentru alegerea celor mai potrivite metode de compensare şi reglaj, o importanţă deosebită o prezintă cunoaşterea unor expresii analitice pentru diversele caracteristici de funcţionare ale ansamblului motor electric-mecanism antrenat exprimate în funcţie de turaţie, respectiv, de nivelul de frecvenţă (f=F/50) şi/sau de tensiune (u=U/Un) aplicat la bornele motorului, în condiţiile în care se cunoaşte cuplul rezistent opus de mecanism la arborele motorului electric de antrenare.

132

Turaţia de sincronism a motorului este proporţională cu nivelul de frecvenţă aplicat motorului. Dacă frecvenţa de alimentare a motorului se modifică faţă de valoarea nominală, luând valoarea f.Fn, se modifică şi turaţia de sincronism a motorului, care ia valoarea f.no, unde n0 reprezintă turaţia de sincronism, corespunzătoare frecvenţei nominale. Între noua alunecare (s) a motorului şi noua sa turaţie de regim (n) va exista relaţia:

si =1- ( n / f . n0) = ( f - kn0 )/ f, în care: kn0 = n / n0 (8.11)

În acelaşi timp se modifică şi reactanţele motorului, care depind de frecvenţă. La motoarele asincrone cu rotor bobinat/cu colivie având barele de secţiune circulară, parametrii rotorici se consideră independenţi de alunecare. La alte tipuri de motoare asincrone, cum ar fi motoarele având colivia rotorică cu bare înalte, precum şi la motoarele cu dublă colivie, prezenţa efectului pelicular impune considerarea dependenţei parametrilor rotorici de alunecare. Totuşi, în domeniul alunecărilor mici, deci pentru alunecări cuprinse între zero şi alunecarea corespunzătoare cuplului maxim dezvoltat de motor (smax), influenţa refulării curentului în rotor poate fi neglijată. Prin urmare, în domeniul de uzual admis pentru variaţia variabilelor f şi u, alunecarea de regim variază relativ puţin (0 < s < smax) şi, deci, pentru toate tipurile de MAS, parametrii rotorici pot fi consideraţi în cele ce urmează independenţi de alunecare.

În figura 8.8 este prezentată variaţia caracteristicii mecanice a unui motor electric asincron, pentru diferite valori ale tensiunii aplicate statorului. Valoarea cuplului maxim, dezvoltat de motor, depinde de pătratul tensiunii de alimentare, şi corespunde aceleeaşi valori a alunecării (smax), ca şi în condiţiile alimentării statorului cu tensiune nominală (u=1).

În tabelul 8.2 este sintetizat modul în care variază principalii parametri ai MAS în funcţie de tensiunea de alimentare a motorului.

Variaţia frecvenţei de alimentare a MAS determină o variaţie a cuplului maxim dezvoltat de motor şi a valorii alunecării maxime corespunzătoare. Pentru u = 1, se poate scrie:

; (8.11)

în care: Cmax şi smax reprezintă cuplul de răsturnare al MAS şi alunecarea corespunzătoare pentru condiţii nominale de alimentare (f=u=1).

Din figura 8.9 se poate observa că scăderea frecvenţei duce la mărirea cuplului maxim dezvoltat de motor şi la scăderea turaţiei MAS.

În tabelul 8.3 este sintetizat modul în care variază principalii parametri ai MAS în funcţie de frecvenţa de alimentare a motorului.

133

Tabelul 8.2

Comportarea motoarelor asincrone de uz general la variaţia tensiunii de alimentare şi frecvenţă nominală

Parametrul MAS InfluenţaU Un U Un

Cuplul de pornireCuplul maxim

Variază aproximativ proporţional cu pătratul tensiunii

Curentul de magnetizareInducţia magneticăPierderile în fier

scad cresc

Curentul rotoric creşte scadeCurentul statoric creşte (*) sau scade (**) scade (*) sau creşte (**)Pierderile totale cresc (*) sau scad (**) scad (*) sau cresc (**)Temperatura în înfăşurări

creşte din cauza creşterii:timpului de pornire pierderilor în fier

Turaţia scade creştePuterea activă absorbităPuterea reactivă absorbită

în general scad (***) cresc

(*) - pentru motoarele cu încărcare la arbore relativ apropiată de cea nominală; (**) - pentru motoarele slab încărcate la arbore (sub 40-50%); (***) - pentru motoarele de putere mijlocie şi mare, încărcate la sarcină nominală şi care

antrenează mecanisme cu cuplu constant la arbore, poate să crească puţin.

Tabelul 8.3.

Comportarea motoarelor asincrone la variaţia frecvenţei de alimentare şi tensiune nominalăParametrul MAS Influenţa

FFn FFn

Cuplul de pornireCuplul maxim

variază invers proporţional cu pătratul frecvenţei

Curentul de magnetizareInducţia magneticăPierderile în fier

cresc scad

Curentul rotoric scade creşteCurentul statoric scade (*) sau creşte (**) creşte (*) sau scade (**)Pierderile totale rămân aproximativ constanteTuraţia variază direct proporţional cu frecvenţaPuterea activă absorbită variază aproximativ direct proporţional cu frecvenţaPuterea reactivă absorbită scade sau creşte în funcţie de încărcarea motorului la

arbore (*) - pentru motoarele cu încărcare la arbore relativ apropiată de cea nominală; (**) - pentru motoarele slab încărcate la arbore (sub 40 - 50 %).

134

Fig.8.8. Variaţia cuplului motorului asincron în funcţie de turaţie (alunecare) pentru diverse

tensiuni la bornele motorului şi frecvenţă constantă.

Fig.8.9. Variaţia cuplului motorului asincron în funcţie de turaţie pentru diverse frecvenţe de alimentare şi tensiune nominală la bornele

motorului.

Motoare alimentate la f şi u variabile, care antrenează mecanisme cu caracteristică mecanică dependentă de turaţie (frecvenţă) la o putere z 0. Într-o primă aproximaţie, influenţa tensiunii asupra turaţiei şi deci a cuplului rezistent, poate fi neglijată, în comparaţie cu influenţa exercitată de frecvenţă, prin urmare caracteristica mecanică poate fi pusă sub forma:

cr = ck + cv . f z .

În cazul mecanismelor având cuplul rezistent de tip „ventilator”, deci dependent de puterea a doua a frecvenţei, scăderea tensiunii şi chiar a frecvenţei de alimentare, afectează mai puţin turaţia decât la mecanismele cu cr constant ( z = 0 ), deoarece cuplul rezistent scade o dată cu creşterea alunecării. Scăderea cererii de putere activă a MAS de la reţeaua de alimentare, prin scăderea frecvenţei, respectiv, a tensiunii, este mai accentuată decât la motoarele cu cr constant, iar în ceea ce priveşte puterea reactivă absorbită de la reţea, cererea este de asemenea mai mică, mai ales la motoarele bine încărcate. La motoarele slab încărcate, pentru f < 1 şi u > 1, cererea de reactiv este ceva mai mare decât în regimul de referinţă [23].

Rezultă deci că la mecanismele cu caracteristică ventilator, reducerea cererii de putere electrică de la sistem prin reducerea frecvenţei de alimentare, afectează mai puţin productivitatea mecanismelor antrenate decât în cazul mecanismelor cu cr constant, întrucât, pentru aceeaşi valoare a lui f, cererea de putere se reduce într-o proporţie mai mare faţă de cazul de referinţă, în condiţiile unei reduceri mai mici a turaţiei de lucru.

Caracteristicile de exploatare ale maşinilor centrifuge, care lucrează în regim de contrapresiune ( Hst > 0 ), se deosebesc destul de mult de cele obţinute pentru presiune statică nulă; forma funcţiilor prin care se pot aproxima aceste

135

caracteristici depinde şi de gradul de încărcare la arbore din regimul de referinţă (crn). Pentru exemplificare, au fost studiate următoarele mecanisme din instalaţia de servicii proprii a unui grup de 50 MW/lignit: electropompa de alimentare cu apă (EPA) a cazanului (3800 kW, 3000

rot/min), pentru diferite valori ale sarcinii statice, exprimate în unităţi relative prin raportare la sarcina totală corespunzătoare regimului nominal de funcţionare a pompelor (Hst* = 0,7 ... 0,9 ), după cum urmează: caz A: Hst* 0,7; crn = 0,961; caz B: Hst* 0,8; crn = 0,960; caz C: Hst* 0,9; crn = 0,955;

electropompele de circulaţie (EPC), aferente turbinei (2x400 kW, 600 rot/min), în ipoteza existenţei sau absenţei turnului de răcire, precum şi în diferite alte ipoteze privind diametrul rotorului pompei şi numărul pompelor care funcţionează în paralel, după cum urmează: caz D: 2EPC ф 720 mm, Hst* 0,4; crn = 0,930; caz E: 1EPC ф 720 mm, Hst* 0,6; crn = 0,970; caz F: 2EPC ф 630 mm, Hst* 0,7; crn = 0,582; caz G: 1EPC ф 630 mm, Hst* 0,8; crn = 0,549;

ventilatoarele de aer ale cazanului (VA), în diferite ipoteze privind numărul şi turaţia ventilatoarelor, care lucrează în paralel pe aceeaşi reţea (1000/500 kW, 1000/750 rot/min), precum şi în diverse ipoteze de reglare a debitului prin ventilele de aspiraţie pentru u < 1: caz H: 2VA 1000 rot/min, Hst* = 0; crn = 0,665; caz J : 1VA 750 rot/min, Hst* = 0; crn = 0,537;

ventilatoarele de gaze ale cazanului (VG), în diferite ipoteze, privind numărul şi turaţia ventilatoarelor, care lucrează în paralel pe aceeaşi reţea (800/400 kW, 750/600 rot/min), precum şi în diferite ipoteze privind unghiul de înclinare a paletelor rotorice: caz K: 2VG 750 rot/min, Hst* = 0, = +10°; crn = 0,856; caz L: 1VG 600 rot/min, Hst* = 0, = -60°; crn = 0,260;

morile de cărbune tip ventilator (1000 kW/1000 rot/min), care lucrează în diverse ipoteze privind gradul de umplere a morii ( B/BM ): caz M: B/BM = 50 %; crn = 0,463; caz N: B/BM = 70 %; crn = 0,572; caz R: B/BM = 100 %; crn = 0,657.

După cum se poate observa din fig.8.10,a, electropompele de alimentare cu apă ale cazanului sunt foarte sensibile la scăderea frecvenţei de alimentare, puterea activă absorbită de la reţea depinzând de nivelul frecvenţei la puterea 4 - 6.

136

a bFig.8.10. Variaţia puterilor (u.r.) absorbite de la reţea de motoarele de antrenare ale principalelor mecanisme de servicii proprii ale unui grup de 50MW/lignit pentru diverse frecvenţe şi tensiune

nominală la borne.

137

a bFig.8.11. Variaţia puterilor (u.r.) absorbite de la reţea de motoarele de antrenare ale principalelor mecanisme de servicii proprii ale unui grup de 50MW/lignit pentru diverse tensiuni la borne şi

frecvenţa nominală.

138

Fig.8.12. Variaţia curentului (u.r.) absorbit de la reţea de motoarele de antrenare ale principalelor mecanisme de servicii proprii ale unui grup de 50MW/lignit pentru diverse tensiuni la borne şi

frecvenţa nominală. Zona haşurată reprezintă domeniul suprasarcinilor.

Pentru maşinile mai slab încărcate la arbore (sub 50-60%), puterea reactivă consumată de la reţea creşte odată cu scăderea frecvenţei în sistem (fig.8.10,b).

Variaţia tensiunii de alimentare influenţează relativ puţin cererea de putere activă de la reţea, în anumite situaţii fiind chiar neglijabilă (fig.8.11,a).

139

În condiţiile unei funcţionări îndelungate a motoarelor la tensiune scăzută, durata de serviciu se reduce ca urmare a degradării izolaţiei, din cauza curenţilor statorici şi rotorici majoraţi. Statisticile de avarie arată că în circa 50% din cazuri, defectele la MAS sunt provocate de cauze de natură termică, 30% fiind produse de suprasarcini. Trebuie remarcat faptul că, în unele cazuri, mai ales pentru utilajele care funcţionează cu încărcări la arbore apropiate de cele nominale, domeniul de variaţie a tensiunii în nodul comun de alimentare trebuie limitat inferior, deoarece scăderea tensiunii de alimentare a motorului sub această limită ar conduce la creşteri inacceptabile ale curentului statoric peste valoarea sa nominală (fig.8.12) şi, deci, la creşterea uzurii motorului. Astfel, pentru cazurile studiate, domeniul de variaţie a tensiunii pe barele de alimentare ale instalaţiei de servicii proprii trebuie limitat după cum urmează:

cazul A: u > 0,9; cazul B: u > 0,95; cazul C: u > 0,9;cazul D: u > 0,9; cazul E: u > 0,95; cazul K: u > 0,9 .

Evident, pentru mai multe receptoare, care funcţionează pe aceeaşi bară, domeniul de variaţie a tensiunii pe această bară va fi impus de consumatorul cel mai restrictiv.

În publicaţia CEI 34-1 sunt stabilite normele privind abaterile de frecvenţă şi tensiune, admisibile la bornele motoarelor electrice în regim de lungă, respectiv, de scurtă durată (fig. 8.13). În conformitate cu recomandările CEI, motoarele trebuie să fie capabile să dezvolte cuplul nominal în regim de lungă durată, pentru variaţii ale frecvenţei şi tensiunii de alimentare situate în domeniul haşurat (zona A) de pe fig.8.13. În aceste condiţii, supratemperaturile pot fi mai mari decât în regim nominal de alimentare (f=u=1); în domeniul nehaşurat, marcat pe fig.8.13 cu B, motorul trebuie să dezvolte cuplul nominal în regim de scurtă durată ( 60 sec.). Supratemperaturile vor fi mai mari decât pentru funcţionarea în zona A şi, din acest motiv, nu este recomandabilă funcţionarea de durată în domeniul B de variaţie a frecvenţei şi tensiunii.

140

Fig.8.13. Domeniul admisibil de variaţie al frecvenţei şi tensiunii la

bornele motoarelor, conform normelor CEI (1,0 - punctul

corespunzător alimentării motorului în condiţii nominale).