centrale_statii_si_retele_electrice.pdf

7/25/2019 Centrale_statii_si_retele_electrice.pdf

1/402


2/402

C U V N T N A I N T E

Lucrarea de Centrale, Staii i Reele Electrice-CSRE trateaz un domeniu deosebit vast aflat la confluenacunotinelor de baz din ingineria de sistem electroenergetic, cu baz electromecanic i supraveghere-control ainstalaiilor, prin umbrela dedicatde automatizri de sistem; CSRE prin componentele sale de baznseriate, participlavehicularea unor puteri masive de nivel regional, continental chiar; rezult de aici - rigoarea cunotinelor, a selectrii

soluiilor tehnice i politici energetice responsabile pentru supravieuirea/calitatea vieii n condiii de prietenie cu mediulambiant.

Electroenergetica sectorului energetic reprezint un segment strategic al unei comuniti responsabile; este bineconturatde dezvoltarea de ansamblu a sistemului energetic naional SEN; evoluia sociali economica rii noastre fiinddirect dependentde acesta, dezvoltarea SENse aflla baza progresului economiei romneti moderne, ce nu poate funcionaastfel n afara unei industrii energetice IE independente, performante. n acest fel, dezvoltarea durabil a societii, estefundamentatde existena unui SENmodern: performant echipat, automatizat, informatizat.

Deoarece industria energetic n ansamblu se dorete a fi stabil n toate cele trei puncte de sprijin: capitalulconstruit, prin echipamente; consumul energiei din centrale electrice i, capitalul resurse umanecompetent format ca altreilea punct ! Acesta din urm cade in sarcina colii energetice, i prin lucrri de tipul celei de faa contnd din plin pesusinerea realdin partea unor laboratoare continuu modernizate, aplica ii numerice peprobleme de alegerei dimensionarespecifice, precum i elaborare deproiecte modernizaten domeniu.

Cei implicai n domeniul ingineriei electroenergetice: tehnicieni specialiti din proiectare, montaj-exploatare aobiectivelor specifice CSRE aparinnd Sistemului Energetic Naional SEN, studeni ai anilor terminali din facultile deprofil electroenergetic/electromecanic, vor gsi n lucrarea de fa un sprijin competent. In acelai timp, ea poate ficonsiderat un ajutor eficient pentru cursanii centrelor de formare a personalului CFP tehnico-ingineresc din orice verigspecificlanului CSRE, domeniul electroenergetic.

Experiena autorilor didactici practic/pragmaticde rezolvare de la proiectare - la teste sau ncercri pe viu nCSRE a unor sarcini de producie, cercetare, respectiv de exploatare i management energetic, certific astfel calitatealucrrii; S-a realizat astfel un colectiv nchegat de specialiti direct legai prin activitatea lor curent, de specificul capitolelorcomponente. Astfel,

Dr. ing. Basarab D. Guzun, cu experiensemnificativpracticdepartea electrici automatizare PEAn centrale(hidro)electrice precum i n transmiterea fundamentelor teoretice de PEAatent selectate mediului studenesc - ca profesor

universitar i apoi lector-formator n industria energetic, a realizat atent coordonarea generala lucrrii, scrierea capitolelor13 i 5 (acoperind peste din lucrare). Logistica machetrii capitolelor a avut n vedere consideraii introductive generalereferitoare la evoluia energetica societii, continund cu fundamente de calcul simplificat al curenilor de scurt circuitpentru o corect alegere de echipamente i legturi electrice conductoare; s-au creat, capitolul 3, premisele detalierii laobiect a specificului electroenergetic al elementelor de baz din partea electrica centralelor i staiilor electrice PECS,adic - alternatoare, transformatoare, motoare; seciunii de centrale electricei urmeazfiresc elemente de staii i posturide transformare SPT.

Dr. Ing. Stelian Al. Gal de la CN TransElectrica Sibiu, confereniar la universitatea sibian, acumulnd ondelungat experien n managementul transportului energiei electrice este autorul capitolului 6 (aproximativ 1/3 dinlucrare) tratnd competent ntr-o forma condensat, problematica specificpentruReele electricede transport i distribuie;prof.dr.ing. Geo Darie Catedra de Centrale electrice i Energeticindustrial, Universitatea Politehnicadin Bucureti UPB,este autorul seciunii termoenergetice din capitolul 4 de Centrale electrice: Centrale electrice convenionale cu abur, cuturbine cu gaze, pe cicluri combinate gaze-abur, nuclearo-electrice, cu motoare Diesel (circa 10%); Drd. Ing. Dan Olovinaru manager la HidroElectrica Sibiu este autorul seciunii hidroenergetice din cadrul aceluiai capitol (aproximativ 5%);

Ca referent tiinific i n trecut, autor de manuale n acest domeniu, subliniez utilitatea lucrrii: se acoperun golactual existent n literatura tehnic-academicde specialitate, iar prin structurarea ngrijita materialului informativ vast, suntaduse la zi cunotine n domeniul de vrf al ingineriei de sistem electroenergetic, prezentate elegant i eficient, ntr-o viziunepragmatic-inginereasc; felicit cu aceastocazie colectivul de autori, precum i iniiativa prestigioasei Editura Academiei

Romnecare a realizat publicarea, ateptnd firesc reaciile publicului cititor tehnic cu efect de feed-backutil unor reeditriviitoare.

Bucureti, mai 2005Dr.Ing. Eugeniu Potolea,Profesor la Catedra de Electroenergetic, UPB


3/402

P R E F A

Domeniul lucrrii de Centrale, Staii i Reele Electrice CSREaflat la intersecia cunotinelor de bazde ingineriede sistem electroenergetic electromecaniccu supraveghere-control a instalaiilor prin umbrela dedicatde automatizri, nueste doar unul vast referindu-ne la cele mai vaste sisteme (energetice) create de om; aici rigoarea cuno tinelor balanseazcert alte domenii, legat de seriozitatea/riscul generrii i transportului unor puteri masive de nivel regional, continental chiar,

a selectrii soluiilor tehnice i politici energetice reponsabile pentru supravieuirea/calitatea vieii unei ri n condiii derespect, protecie i conservare mediu ambiant.

Importanta CSRE, ca sector energetic i strategic pentru orice comunitate responsabil, este bine reliefat i detabloul romnesc in domeniu, evoluia social i economic a rii fiind direct dependent de acesta; e de neconceput oeconomie modern n afara unei industrii energetice independente, performante real coloan vertebral de susinereenergetica celorlalte ramuri ale economiei naionale, de dezvoltare durabila societii.

Industria energetic stabil i eficient este sprijinit de trei piloni tradiionali ce nu-i aparin direct: capitalulconstruit, prin echipamentele tehnice din dotare; consumul energieirezultate din conversia n centrale electrice sunt operaunei naiuni ntregi; ns, capitalul resurse umanecompetent formate ca al treilea pilon cade preponderent in sarcinacolii energetice, i prin lucrri de tipul celei de faa - cu susinerea reala unor versatile laboratoare continuu modernizate,promovate cu druire de profesori/specialiti experimentai.

Lucrarea se adreseaz prin natura sa celor implicai n domeniul ingineriei electroenergetice: tehnicienilor specialitilor din proiectare, montaj-exploatare a obiectivelor specifice CSREaparinnd Sistemului Energetic National SEN,precum i studenilor anilor terminali ai facultailor de profil electroenergetic/electromecanic. In acelai timp, se constituie caun excelent manual pentru cursanii centrelor de formare a personalului CFP, precum i cadru-suport la testarea periodicapersonalului lucrtor tehnic, necesar oricrui program up-gradede cretere i continuperfecionare profesional.

Calitatea lucrrii este rezultatul experienei autorilor didactici practic/pragmaticde rezolvare n diapazonullarg, de la proiectare i pna la teste/ncercari pe viu n CSREa unor sarcini de producie, cercetare, respectiv de exploatare imanagement energetic; n definitiv, aici a primat ideea nchegrii unui colectiv de specialiti direct legai prin activitatea lorcurent, de coloratura capitolelor componente ale lucrarii de fa. Astfel,

Conf. Dr. Ing. Stelian Al. Gal de la CN TransElectrica SB este autorul ntregului capitol 6 (aprox. 30% din lucrare)tratnd competent ntr-o forma condensat, problematica specific pentru Reele electrice de transport i distribuie;prof.dr.ing. Geo Darie Catedra de Centrale electrice i energeticindustrial, UPB, este autorul seciunii termoenergetice

din capitolul 4 de Centrale electrice: Centrale electrice convenionale cu abur, cu turbine cu gaze, pe cicluri combinate gaze-abur, nuclearo-electrice, cu motoare Diesel (circa 10%); Drd. Ing. Dan Olovinaru de la HidroElectrica SB este autorulsectiunii hidroenergetice din cadrul aceluiacapitol (aprox. 5%);

Coordonarea generala lucrrii, scrierea capitolelor 1 3 i 5 (acoperind aprox. 55%) este fcutde subsemnatul,dr. ing. Basarab D. Guzun, profesor asociat la aceeai catedr. Machetarea capitolelor a avut n vedere consideraiiintroductive generale referitoare la evoluia energetic a societii mondiale i romneti, continund cu fundamente decalcul simplificat al curenilor de sc.circuit ce permit o corectalegere de echipamente i legturi electrice conductoare; s-au creat astfel, capitolul 3, premisele detalierii la obiect a specificului electroenergetic al elementelor de baz din parteaelectric a centralelor i staiilor electrice PECS, adic - alternatoare, transformatoare, motoare; seciunii de centraleelectricei urmeazfiresc elemente de staiii posturi de transformare SPT.

Aplicaiile numerice, evident necesare aprofundrii i fixrii cunotinelor sunt atent selectate n lucrarea adiacentSelischi, A., Dedu,G., Guzun, B. D. - Probleme de alegere i dimensionare specifice PECS - Editura UniversitiiPolitehnicadin Bucureti, UPB 1997.

Autorii i exprimi pe aceast cale respectul i gratitudinea fade fotii i actualii lor profesori din domeniultratat, cu care au colaborat n timp, influennd ntr-un fel sau altul aceastform final, d-lui prof.dr.ing. Eugeniu Potoleapentru controlul tiinific al lucrrii; mulumesc clduros fotilor studeni i actualilor doctoranzi care, prin aportul lorentuziast au contribuit la definitivarea redactrii n form final, a graficii digitale ngrijite i, evident, celor care ausponsorizat generos apariia lucrrii !

De asemenea, autorii mulumesc prestigioasei Editura Academiei Romnecare a realizat publicarea.

In fine, i nu n ultimul rnd, autorii mulumesc anticipat specialitilor implicai nindustria conversiei, transportului i distribuiei inteligente electro-energetice aenergiei, colegilor din nvaamntul superior energetic /electromecanic, studenilor,tuturor cititorilor in general, pentru eventuale observaii,sugestii cu efect de feed-

back util unei reeditri viitoare, n perspectiva progresului tehnic remarcabil dindomeniul vast/complex al CSRE.

Din partea colectivului de autori,Dr. Ing. Basarab D. Guzun, profesor-asociat de Partea electriciAutomatizrinCentrale (hidro)electrice.Bucureti, martie 2004.


4/402

C U P R I N S

Capitolul 1. EVOLUIA ENERGETICA SOCIETII

1.1.RESURSE ENERGETICE. CONSUM. 1

1.2.ACCESIBILITATE 1A RESURSE ENERGETICE PRIMARE 11.2.1.Tabloul produciei de resurse energetice poteniale 11.2.2.Totalul energiei anuale 2

1.3.PROGNOZE 31.3.1.Conservarea energiei 41.3.2.Strategii 4

1.4.ELEMENTE DE POLITICENERGETICN VIITOR 4

1.5.STRUCTURA RESURSELOR 5

1.6.SISTEM ENERGETIC 61.6.1.Situaia energetica Romniei 71.6.2.Structura puterii electrice instalate 81.6.3.Dezvoltarea Sistemului Energetic Naional 8

1.7.CURBE DE SARCIN 111.7.1.Generaliti 11

1.7.2.Clasificare 111.7.3.Utilitate 111.7.4.Definiii 111.7.5.Iindici caracteristici pentru centralele electrice 121.7.6.Aplatizarea Curbelor de Sarcin 171.7.7.Disponibilitatea 171.7.8.Fiabilitate 17

Capitolul2.CALCULUL CURENILOR DE SCURTCIRCUIT

2.1. CONSIDERAII GENERALE 19

2.2. VARIAIA N TIMP A CURENTULUI DE SCURTCIRCUIT 192.2.1.Alimentarea scurtcircuitului de la o sursde tensiune constant 19

2.3. COMPORTAREA MAINII SINCRONE LA SCURTCIRCUIT TRIFAZATBRUSC, APROPIAT 22

2.4. INFLUENA CONSUMULUI ASUPRA CURENTULUI DESCURTCIRCUIT 26

2.5. CONSIDERAREA SISTEMULUI ELECTROENERGETIC N CALCUL 26


5/402

2.6. METODOLOGIE PRIVIND CALCULUL CURENILOR DESCURTCIRCUIT 26

2.6.1.Generaliti 262.6.2.Curenii de scurtcircuit 272.6.3.Metode de calcul 31

2.6.4.Elemente i scheme de calcul 322.6.5.Calculul impedanelor echivalente. Reguli 342.6.6.Concluzii privind metoda vde de calcul a curenilor de scurtcircuit 37

2.7.APLICAIA 1: ALEGEREA APARATAJULUI PRIMAR 38

2.8.APLICAIA2: ALEGEREA UNOR LEGTURI CONDUCTOARE 392.8.1.Tipuri de conductoare 392.8.2.Verificarea stabilitii termice n regim de lungdurat 392.8.3.Verificarea stabilitii termice n regim de scurtdurat 40

2.8.4.Verificarea la cderea de tensiune 402.8.5.Verificarea la descrcarea corona se reduce n esen 402.8.6.Verificarea la solicitri mecanice 41Anexa 2.1. Valori uzuale ale impedanelor (reactanelor) elementelor reelelor 42Anexa 2.2. Scheme i relaii de calcul ale reactanelor (auto)transformatoarelor

cu trei nfurri i ale bobinelor de reactanjumelate 43

Capitolul 3. ELEMENTE DE BAZDIN PARTEA ELECTRICA CENTRALELORI STAIILOR ELECTRICE PECS

3.1. ALTERNATOARE N CENTRALE ELECTRICE 44

3.1.1. Generaliti 443.1.2. Principalele limitri n proiectarea alternatoarelor de mare putere 443.1.3. Perfecionri constructive 483. l.4. Evacuarea pierderilor de putere din turbogeneratoare 553.1.5. Rcirea turboalternatoarelor destinate Centrale Nuclear Electrice CNE 683.1.6. Evacuarea pierderilor de energie din hidroalternatoare 683.1.7. Sisteme de excitaie / dezexcitaie 703.1.8. Sisteme de dezexcitare rapid 733.1.9. Cuplarea cu reeaua 753.1.10.Sisteme de protecie prin relee pentru alternatoare 77

3.2. TRANSFORMATOARE I AUTOTRANSFORMATOARE3.2.1. Generaliti 853.2.2. Parametrii i alegerea corect 853.2.3. Simbolizare 863.2.4. Transformator sau autotransformator? 873.2.5. Reglajul tensiunii 883.2.6. Evaluarea pierderilor 90

3.3. MOTOARE ELECTRICE N SERVICIILE PROPRII ALE CENTRALELOR3.3.1. Consideraii generale 913.3.2. Sursele de alimentare cu energie electrica serviciilor proprii 923.3.3. Alegerea tipurilor de motoare electrice 953.3.4. Caracteristicile mecanismelor serviciilor proprii 97


6/402

3.3.5. Alegerea motoarelor pentru antrenarea mecanismelor 993.3.6. Influena variaiilor de tensiune i frecvenasupra motoarelor asincrone 1023.3.7. Autopornirea motoarelor electrice ale serviciilor proprii 1033.3.8. Clasificarea receptoarelor din serviciile proprii i sursele de alimentare 1053.3.9. Schemele electrice de alimentare n curent alternativ 106

3.3.10.Alegerea puterii transformatoarelor sau a capacitii de trecere a bobinelor dereactan 112

3.3.11.Nivelul puterii de scurtcircuit pe barele de servicii proprii 1143.3.12.Reglajul productivitii mecanismelor serviciilor proprii 115

Capitolul 4.ELEMENTE DE TEHNOLOGIA CONVERSIEIENERGETICE N CENTRALE ELECTRICE

4.1. ENERGII PRIMARE. CATEGORII DE CENTRALE ELECTRICE 117

4.2. CENTRALE CONVENIONALE CU ABUR CCA4.2.1. Alctuirea circuitului termic 1194.2.2. Bilanul energetic. Randamente 1214.2.3. Soluii de cretere ale performanelor 1224.2.4. Nivelul de performane 127

4.3 INSTALAII DE TURBINE CU GAZEITG4.3.l. Prezentarea instalaiei 1274.3.2. Bilanul energetic.Randamente 1294.3.3. Posibiliti de cretere a randamentului termic 1304.3.4. Nivelul de performane 132

4.4 CICLURI COMBINATE GAZE-ABUR4.4.1. Consideraii termodinamice 1334.4.2. Ciclul combinat gaze-abur frpostcombustie 1344.4.3. Ciclul combinat gaze-abur cu postcombustie 1384.4.4. Ciclul combinat gaze-abur cu arderea crbunelui n pat fluidizat sub presiune 1394.4.5. Ciclul combinat gaze-abur cu gazeificarea integrata crbunelui 1404.4.6. Ciclul combinat gaze-abur cu injecie de abur 141

4.5 CENTRALE NECLEAR ELECTRICE CNE

4.5.1. Structur 1424.5.2. Elemente caracteristice ale prii clasice 1444.5.3. Performane 145

4.6 CENTRALE ELECTRICE ECHIPATE CU MOTOARE DIESEL CDE4.6.1. Caracteristici 1464.6.2. Bilanenergetic 147

4.7. CENTRALE HIDROELECTRICE CHE4.7.1. Consideraii generale 1484.7.2. Amenajrile centralelor hidroelectrice 1494.7.3. Principalele construcii ale amenajrilor hidroenergeticeAH 1524.7.4. Turbine hidraulice 157


7/402

Capitolul 5.SCHEME ELECTRICE DE CENTRALE I STAII ELECTRICE

5.1 SCHEME ELECTRICE DE COMUTAIE5.1.1. Definiie. Clasificare 1645.1.2. Criterii de selectare 164

5.1.3. Aparatajul de comutaie utilizat 1655.1.4. Bare colectoare simpleBCS 1665.1.5. Bare colectoare dubleBCD 1705.1.6. Bare colectoare tripleBCT 1835.1.7. Scheme frbare colectoare 1845.1.8. Scheme cu numr redus de ntreruptoare 189

5.2 SCHEME ELECTRICE DE CONEXIUNI5.2.1. Consideraii generale 1965.2.2. Scheme pentru Centrale Termo Eelectrice 196

5.2.3. Scheme pentru Centrale Electrice de Termoficare 2025.2.4. Scheme ale Centrale Hidro Electrice 2085.2.5. Limitarea curenilor de scurtcircuit 2105.2.6. Scheme de staii de distribuie de nalti medie tensiune 2125.2.7. Exemple de scheme de centrale din Romnia 215

5.3 DISPOZIII CONSTRUCTIVEDC5.3.1. Condiii generale 2185.3.2. DC de staii exterioare 2265.3.3. DC de staii interioare n mediu izolant aer 2345.3.4. DC capsulate n alte medii izolante 243

5.4 INSTALAII DE LEGARE LA PAMNT5.4.1. Generaliti 2455.4.2. Tensiuni de atingere i de pas 2505.4.3. Calculul rezistenei de dispersie 2555.4.4. Determinarea coeficienilor de atingere i pas 2635.4.5. Seciuni i grosimi minime de electrozi 2655.4.6. Exemplu numeric 266

Capitolul 6. REELE ELECTRICE

6.1 ELEMENTE COMPONENTE ALE LINIILOR ELECTRICE6.1.1. Generaliti 2746. l.2. Linii Electrice Aeriene (LEA) 2766.1.3. Linii Electrice Subterane (LES) 296

6.2 TRATAREA NEUTRULUI6.2.1. Generaliti 3036.2.2. Reele cu neutrul izolat 3056.2.3. Reele cu neutrul tratat cu bobinde stingere 3066.2.4. Reele cu neutrul tratat prin rezistor 3076.2.5. Reele cu neutrul tratat combinat 3086.2.6. Reele cu neutrul legat direct la pmnt 308


8/402

6.3 PROTECIA PRIN RELEE N REELE ELECTRICE6.3.1. Protecia transformatoarelor i autotransformatoarelor 3106.3.2. Protecia liniilor electrice 3166.3.3. Protecia barelor colectoare 3306.3.4. Protecia motoarelor electrice 331

6.3.5. Protecii statice i numerice. Principii 335

6.4. CIRCUITE DE COMANDI CONTROL6.4.1. Circuite secundare 3376.4.2. Circuite de comand 3456.4.3. Circuite de control 349

6.5 PARAMETRII I SCHEME ECHIVALENTE ALE ELEMENTELORCOMPONENTE DIN REELE ELECTRICE6.5.l. Parametrii liniilor electrice 357

6.5.2. Parametrii transformatoarelor 3646.6 CALCULUL CIRCULAIEI DE CURENI I A CDERILOR DE TENSIUNEN REELELE ELECTRICE6.6.1. Calculul electric al liniilor de curent alternativ radiale 3706.6.2. Calculul circulaiei de cureni i al cderilor de tensiune n reele buclate 376

6.7 CALCULUL PIERDERILOR DE PUTERE I ENERGIE6.7.1. Generaliti 3826.7.2. Calculul Consumului Propriu Tehnologic CPTde energie electric 3836.7.3. Reducerea pierderilor de energie n reele 386

6.8 DETERMINAREA SECIUNII CONDUCTOARELOR LINIILOR ELECTRICE6.8.1. Pe baza nclzirii admisibile 3886.8.2. Pe baza criteriului pierderilor de tensiune 3896.8.3. Pe baza ipotezei seciunii economice 392

Bibliografie 394


9/402


10/402


11/402

probabil, dei se spera ntr-o participare de aproximativ 7% din totalul alimentrii cu energiepe plan mondial; la fel i cu energia obinutdin resurse geotermale (circa 2%, dar, probabil -previziunile au fost optimiste).

1.3. PROGNOZE

Extrapolarea tendinei de cretere reprezint una din tehnicile curente utilizate n aevalua necesarul de energie la finele unei perioade; pentru modelul Cavendish al Univ.Cambridge s-au ncercat evaluri nalte de 4,1 % respective coborte de 3% ale ratei decretere a cereri mondiale de energie; ori se tie ctrebuie sexiste o corelare necesarntrecererea de energie i creterea economic i c, probabil, se va satura progresiv la rileindustrializate cererea de energie, n timp ce standardul de via al rilor n dezvoltare vaatinge relaia necesardintre creterea economici consumul energetic la nivelul care existn rile dezvoltate. Extrapolarea tendinelor de cretere a consumului de energie n diverseperioade istorice ale omenirii conduce la rezultate cu dispersie exagerat pentru consumul

energetic al anului 2020. n primul rnd, o cretere a ratei cererii de energie de numai 2%/an(1860 la 1975) conduce la o cerere de numai 700 EJ, care cu greu ar acoperi nevoile decentede trai ale populaiei planetei; pe de altparte, efectul unei creteri de 4,3%/an /1960 la 1975)conduce la un necesar de circa 2100 EJ ce ntrece cu mult estimrile optimiste de soluionareposibilla nivelul anului 2020 a consumului de energie.

Concluzia este c, aceast tehnic de extrapolare conduce la a delimita nivelul subcare nu trebuie s scad cererea de energie mondial. Se consider raional ca cererea deenergie la nivelului anului 2020 snu ntreac, rezonabil, nivelul de 1000 EJ fig. 1.3. (de susn jos: cererea totalde energie la nivel mondial, OECD ri dezvoltate bazate pe economialiberului schimb, cu aprox. rile actualmente n tranziie, ri n curs de dezvoltare iniial

modeste apoi cu tendinde majorare a consumului energetic dupanul 2000).

Fig. 1.3. Scenariu probabil privind evoluia mondiala consumului energetic.1.3.1. CONSERVAREA ENERGIEI


12/402

Conservarea energiei este termenul desemnat pentru a descrie toate eforturilendreptate spre diminuarea intensitii consumului energetic i sumeaz o serie de msurirezonabile ce se pot lua astfel nct sse elimine toate cile curente de utilizare neraionalaenergiei, precum i utilizarea potenialului care ncmai exist n limitele permise de legileprivind prezervarea mediului ambiant; acestea se pot rezuma astfel:

a face mai bine, adicameliorri tehnologice, a face cu altceva, adica nlocui cu noi resurse energetice pe cele aflate n epuizare, a face cu mai puin, adica opera schimbri n stilul de via(energetic).

Cu alte cuvinte, obiectivul principal al politicii de conservare a energiei este de arealiza cel mai economic mod posibil de producie incluznd i pe cel al energiei, n vedereaoptimizrii la nivel global a relaiei de ordine care trebuie sexiste ntre consumul de energiei creterea economic; se tinde deci, n toate sectoarele a se diminua cantitatea de energiencorporatper unitatea de produs intern brut PIB, adicaa-numita intensitate energetic.

1.3.2. STRATEGII

Dezvoltarea strategiilor curente la scarglobalde asigurare a alimentrii cu energiepe o perioad de cteva decade de aici nainte, reprezint un merit incontestabil; problemamulti-faetde alimentare sigura lumii cu energie cuprinde acele aspecte ale incertitudiniicreterii economice mondiale, relaiile de ordine referitor la energia nglobatper unitatea deprodus, posibile tendine ale preului energiei i cererii de energie, problema elasticitiipreurilor, viteza cu care resursele tradiionale pot fi produse i timpul necesar pentrudezvoltarea tehnologiilor pentru noi resurse, viteza cu care gazele i petrolul pot fi nlocuitepe piaa energiei cu noi resurse, potenialul pentru conservarea energiei, impactul asupra

mediului al produciei de energie i utilizarea sistemelor energetice naionale i implicaiileasupra securitii naionale n legtur cu alimentarea sigur/nesigur de energie. n ciudatuturor acestor nesigurane, planificarea trebuie smearg nainte, bazat pe cele mai bunesurse accesibile de informare. Componentele sunt urmtoarele (pn n anul 2020 nlocuireaextensivcu alte resurse primare a petrolului i gazelor va deveni obligatorie ! fiind obinutedin categoria resurselor regenerabile ca de ex. solar): conservarea dat de eficientizarea utilizrii energiei este un factor cheie al politicii

energetice n viitor, dar cererea masiv prognozat de energie n viitor nu poate fi satisfcut simplu prin

utilizarea mai eficient a resurselor accesibile de energie i, n consecin se impun

urmtoarele elemente de spectru al strategiei privind alimentarea cu energie, legat de: producia maxim de resurse neregenerabile - crbune, petrol, gaze i material nuclearfisionabil,

dezvoltarea semnificativa resurselor de gaze i petrol neconvenional, dezvoltarea n timp util a resurselor regenerabile ca hidro, solar, geotermal, biomas i

fuziune.

1.4. ELEMENTE DE POLITICENERGETICN VIITOR

Aceste elemente prioritare sunt urmtoarele [2,3]:1. Decizii prompte cu privire la asigurarea alimentrii cu resurse energetice, elementul timp

fiind critic.2. Elementul top de prioritate trebuie sfie eficientizarea utilizrii energiei.3. Politica de conservare trebuie s fie condus cu fermitate, folosind posibile mijloace


13/402


14/402


15/402

electrice i respectiv alimentarea cu energie a consumatorilor n condiiile optimizrii reeleide transport i distribuie.

1.6.1.SITUAIA ENERGETICA ROMNIEI

Plecnd de la mici uzine locale care asigurau att producerea ct i distribuia energieiproduse aprute nc din 1884, n diferite zone ale trii s-au conturat sisteme energeticelocale, ulterior interconectate n anul 1958 n cadrul Sistemului Energetic Naional SEN.Astzi puterea electric instalat n SEN totalizeaz peste 20 GW, administrativ fiind nsubordinea a 36 de filiale electrocentrale (deocamdat deservite de aproximativ 50.000 detehnicieni).

Romnia afost o arbogatn resurse energetice pe care le-a i exportat pnn anii70 (resursele bogate de uraniu au fost practic epuizate la nivelul anului 1965), devenind apoiimportator de energie electric i resurse energetice primare. Rezumativ, se pot prezentaurmtoarele informaii grafice, astfel [5]:

Tabloul produciei i prognozei produciei din resurselor energetice interne aflate n declin,este ilustrat n fig. 1.5;producia de energie electriceste sugestiv indicatn tabelul 1.3.

Fig. 1 .5.Dinamica resurselor energetice primare din RomniaTabelul 1.3

Generare i consum de electricitate

Sursa de acoperire 1989 1992 1993 1994 1.9951.Producie,% din care:

87,0 89,8 94,1 95.9 93,9

CTE/crbune, % 35,9 37,9 39,7 41,9 39,3 CTE/hidrocarb.,% 36,1 31,9 32,3 30,8 27,6

CHE,% 15,0 20,0 22, 1 23,2 27,02. Autoproductori, % 3,6 3,0 2,6 2,8 2,3

3.Import de kWh, % 9,4 7,2 3,3 1,3 3,8

Consum intern % 100 100 100 100 100

total TWh 83,66 58,62 58,47 56,93 61,54Putere medie/an, MW 9.550 6.692 6.675 6.499 7.025

1.6.2. STRUCTURA PUTERII ELECTRICE INSTALATE


16/402

n centralele electrice din SEN este urmtoarea: la un total de 21,8 GW-100% (aprox.1kW/locuitor!), CTE pe hidrocarburi contribuie cu 7,38 GW-33,8%, cele pe crbune cu 8,61GW 39,5%, iar CHE cu 5,8 GW 26,7%. Repartizarea geografica SEN- fig. 1.6 relevi o reea puternicde linii de transport, staii i posturi de transformare - conform i tabelului4 de mai jos:

Reeaua de transport i distribuieNivel tens.,kV 750 400 220 110Linii,total km 154 4474 4134 17.900LEC,km - - - 200Staii+ PT 1 26 49 968Putere,MVA 35690,6 50.010

Fig. 1 .6. Amplasarea geografica SEN al Romniei

Referitor la energia de origine hidro, aceasta este de aprox. un sfert, excepie fcndanii foarte ploioi precum 1997, cnd ponderea hidroenergiei s-a ridicat la circa 40% din total.

Prin coinciden, tot aprox. un sfert este i ponderea hidroenergiei la scarmondial.

1.6.3. DEZVOLTAREA SISTEMULUI ENERGETIC NAIONAL

Dezvoltarea Sistemului Energetic Naional (SEN) ntr-o concepie logic, sistemicinnd cont de opiunile de dezvoltare a sectorului energetic este indicat n fig. 1.7, iarelaborarea unei strategii, n general, parcurge schema logicde principiu conform fig. 1.8.


17/402

Fig. 1. 7. Schema logica elaborrii studiilor privind dezvoltareaenergeticntr-o concepie sistemic


18/402

Fig. 1. 8. Schema logicgenerala unei strategii

1.7. CURBE DE SARCIN


19/402

1.7.1.GENERALITI

Supervizarea corect a SEN implic cunoaterea modului de consum al energiei dectre consumatori i respectiv de sistem n ansamblul su; cu alte cuvinte, trebuie cunoscutecurbele de sarcin respective pentru a putea programa/prevedea n linii mari energia ce

urmeaz a fi generat [6,7]. Curba de sarcin CS electric este reprezentarea grafic aregimului de funcionare a instalaiilor electroenergetice, fiind i un excelent mijloc decaracterizare energetic a unui productor sau consumator de energie electric; toateelementele sistemului generatoare, transformatoare, motoare etc. precum i staiileelectrice, reelele i chiar sistemul energetic naional SENn ansamblu - au propriile CS.

1.7.2.CLASIFICARE

Dup intervalul de timp i puterea nregistrat se disting CS zilnice, sptmnale,anuale de var sau de iarn, i respectiv de putere activ sau reactiv (de regulultima

urmrete ndeaproape pe prima, iar pierderile de energie activ rezult din considerareaambelor nregistrri). CS sunt date direct de nregistratoarele de putere activP i reactivQ,respectiv indirect prin citiri orare de aparate indicatoare (P, Q, sau P, U, I) sau contoare (Wh,VArh).

1.7.3.UTILITATE

CS sunt remarcabile prin efectuarea evidenei circulaiei de energie, depistarea deanomalii cum ar fi sporirea energiei absorbite la aceeai producie ca urmare a deteriorriiagregatelor tehnologice etc. se poate trasa curba puterilor maxime cerute, rezultnd date utilepentru proiectantul de sistem energetic referitor la dinamica de cretere a consumului energiei

absorbite de consumatori i care trebuie acoperitprin montarea de noi grupuri. n funcie destudiul efectuat, se pot face detalieri:bunoar, consumul industrial include i iluminatul, iarponderea important revine ctorva secii de producie energofage i n consecin se ridiccurba de sarcinpe fiecare secie i, daceste cazul, pe fiecare agregat mai important n parteetc.

1.7.4.DEFINIII

Referitor la puterile livrate de un agregat energetic se pot face cunoscute urmtoarelerelaii de definiie uzitate curent de specialitii energeticieni; astfel, conform figurii 1.9 (STAS

2551-69) este vorba de [8,9]: Pieste puterea instalat, marcatpe plcua indicatoare, Pd puterea disponibil(maximul de putere activn regim de funcionare de durat), Pind =Pi-Pd puterea indisponibil, Ped puterea efectiv disponibil (maximul de putere activ n regim de durat lund n

considerare puterea indisponibili reducerile trectoare de putere), Pred, d =PdPed- reducerea de putere disponibil, Pe,ind=Pind+Pred, d- puterea efectiv indisponibil, Pu- puterea utilizat (maximul de putere activposibilde dezvoltat de grupurile ce nu

sunt n reparaie n condiiile definitorii pentruPd), Pd, rep=PdPu puterea disponibiln reparaie, Pinu=PiPu=Pind+Pd, rep-puterea inutilizabil,

Peu- puterea efectiv utilizat(maximul de putere activposibilde dezvoltat de grupurile


20/402

ce nu sunt n reparaie n condiiile definitorii pentru Ped), Pe d rep=Ped-Peu- putere efectiv disponibiln reparaie, Pred s=Pu-Peu- reducerea de putere utilizabil, Pe, inu=Pi-Peu=Pe ind+Peds puterea efectiv inutilizabil, Pnf puterea nominaln funciune,

Pe uf puterea efectiv utilizabiln funciune, Pp puterea produsmomentan, Prt=Peuf-Pp- puterea n rezervturnant, Prs=Peu-Peuf- puterea n rezervstatic, Preu=Peu-Pp- puterea n rezervefectiv utilizabil, Ps-puterea de suprasarcin(produspeste putereaPi).

Fig. 1.9. Schema definiiilor puterilor

1.7.5. INDICI CARACTERISTICI PENTRU CENTRALELE ELECTRICE

Energia activEa, reactivEr- este integrala puterii active produsePp, respectiv reactiveQpn intervalul de timpt considerat (24 h diurn, 8760 h anual etc.), astfel:

==t

pa

t

pa dtQEdtPE00

[MWh, MVArh]


21/402

Puterea medie rezultprin mprirea energiei la intervalul de timp respectiv, astfel

Pmed zi= Ezi/ 24; Pmed an= Ean/ 8760, [kW, MW]Aadar, puterea medie este un nivel de putere fictiv, constant, la care dac s-ar

funciona s-ar genera aceeai energie ca i n cazul nregistrrii reale.

Puterea medie ptraticextinsla intervalul temporal T, este:

( )2

1

0

2/1

=

T

ppmed dtPTP

Curba puterilor clasate anuale se construiesc pe baza nregistrrilor diurne consideratetipice pentru un anumit numr de zile; fiecare punct al acestei curbe clasate de coordonate(P, t)- indicfaptul cn anul respectiv s-a funcionat intervalul de timp tla o putere mai

mare dect valoarea P, conform figurii 1.10.

Fig. 1 .10. Ridicarea curbei puterilor clasate anuale din CS diurne.

Coeficientul de utilizare al puterii instalate kPi

kPi= Ean(8760 PI) = Pmed/Pi

Coeficientul de utilizare al puterii maxime kpmax (nnegrire CS)

kpmax= Pmed/Pmax

Durata utilizrii puterii instalate TPi, respectiv maxime, Tp max

Tp i= Ean/Pi ; Tp max= Ean/Pmax

n fig. 1.11. se dau exemple ridicate prin metode statistice de CS clasate anuale pentrudiferite valori ale parametrului Tpi, folosite atunci cnd CS diurne variazde la o zi la alta.


22/402


23/402

Fig. 1. 12. Machetarea CS anuale a puterilor maximeapelate de consumatori de la o centralelectric

Observaie: 1 - n lipsa unui aparat nregistrator de calitate, CS diurn poate fi aproximatprintr-o medie a puterii produse n intervalul dintre dou msurtori succesive culese detablotar. Tipic CS se caracterizeazprintr-un vrf de putere apelat de reea dimineaa i searaPpv i respectiv un gol de noapte i de prnz Pp min - astfel nct raportul lor subunitar

reprezentnd o caracteristica modului de funcionare, cu att mai echilibrat cu ct se apropiede valoarea unitate; consumul urban, cel casnic i comercial conduc de regulla coeficieni ceindicun dezechilibru accentuat, coeficientul respectiv putnd cobor spre 0,2 (v. i fig. 1.13).

2 -Acoperirea CS are loc, ntr-o situaie normalde funcionare a SEN, astfel: la bazopereazCNE CTE i CHE pe firul apei, zona 1; ceva mai sus, CET cu grafic de producerede energie termic n sistemul de termoficare (cogenerare de energie termic i electric) -zona 2; zona 3 este acoperitde CTE cu grupuri de putere medie i de CET care produc nregim de condensaie, vrfurile CS revin ca acoperire CHE cu lac de acumulare zilnic, zona4 precum i CTG (n msurmai mic), fig. 1.14.

3 -Puterea cerutde serviciile proprii la CTE este de 4-6-8% dupcum este folosit

gazul, pcura sau crbunele, iar la CET aceste consumuri se suplimenteazcu circa 2%; deremarcat, la CHE acest consum este cu un ordin de mrime mai redus, deci - practicneglijabil.

.


24/402


25/402


26/402


27/402

2. CALCULUL CURENILOR DE SCURTCIRCUIT

2.1. CONSIDERAII GENERALE

Alegerea i verificarea aparatajului primar de comutaie i msurat, a cilor de curentprecum i stabilirea reglajelor proteciilor prin relee este precedat n mod esenial deevaluarea prin calcul a curenilor de scurtcircuit.

Dei majoritatea scurtcircuitelor care au loc n practicntr-un sistem electroenergeticsunt nesimetrice, scurtcircuitul simetric (trifazat) este important, deoarece conduce de regulla solicitri dinamice i termice mai severe (acoperitor).

Regimul tranzitoriu determinat de scurtcircuit este complicat de descris prin rela iimatematice exacte. Un calcul tehnic, ingineresc, se efectueaz n anumite ipotezesimplificatoare, ce reduc ntructva precizia rezultatelor.

Se admit n general, urmtoarele ipoteze simplificatoare:- miezurile sistemelor magnetice se considernesaturate;

- se neglijeazcurenii de magnetizare ai transformatoarelor i autotransformatoarelor;- sistemul trifazat este perfect simetric;- t.e.m. ale surselor din sistem se considern faz;- se neglijeaz constantele transversale - capacitile fazelor, rezistentele de izolaieetc;

-

se neglijeazrezistenele pentru circuitele de .t.; se iau n considerare numai atuncicnd sunt peste 1/3 din valoarea reactanei echivalente;

- nu se ine seama de apariia arcului electrice la conectarea sau deconectareaaparatelor electrice (Zarc 0); stabilirea contactului i ntreruperea lui se considerinstantanee, iar elementele schemei se presupun concentrate;

- consumatorii se introduc n calcule cu aproximaie;- se ignorpendulrile generatoarelor sincrone etc.

Suplimentar, funcie de scopul pentru care se efectueaz calculul curenilor descurtcircuit, se mai iau n considerare i alte ipoteze. Astfel de exemplu, la reglarea protecieiprin relee, intereseaz n mod deosebit valorile minime ale curenilor de scurtcircuit, faptpentru care nu se admit acele ipoteze care conduc la minimizarea valorilor numerice.Dimpotriv, la alegerea elementelor instalaiilor electroenergetice trebuie sse cunoasccelemai mari valori ale curenilor de scurtcircuit; prin urmare se pot admite ipoteze de calcul careconduc la rezultate numerice mai mari.

2.2. VARIAIA N TIMP A CURENTULUI DE SCURTCIRCUIT

Diagrama de variaie n timp a curentului de scurtcircuit este complex pentru cdescrie un fenomen complex. Unele aspecte ale fenomenului se explicprin nsui procesulde scurtcircuit, iar altele prin comportarea bizara generatoarelor sincrone la scurtcircuit.

n vederea nelegerii fenomenului determinat de procesul de scurtcircuit, se va admiteiniial o surs de tensiune constant, dup care se vor analiza particularitile legate decomportarea alternatoarelor la scurtcircuit.

2.2.1.ALIMENTAREA SCURTCIRCUITULUI DE LA O SURSDE TENSIUNE

CONSTANT

n fig. 2.1.a s-a reprezentat un circuit simplu, racordabil la o surs de tensiuneconstantprintr-un ntreruptor D. Se presupune c nainte de nchiderea lui D, a avut loc un


28/402


29/402


30/402

Caracteristic scurtcircuitului alimentat de o sursde tensiune constanteste faptul camplitudinea componentei sinusoidale nu se modificn timp (ideal).

Not: Pentru cazul scurtcircuitului trifazat situaia expus mai sus corespunde cu situaiaunei faze, curenii pe celelalte doufaze fiind decalai n timp cu 2/3 rad.el.

Valorile caracteristice ale curentului de scurtcircuit sunt detaliate n figura de mai jos.

Fig. 2.2. Diagrama curentului de scurtcircuit n cazuri particulare.a. nchiderea circuitului are loc ntr-un moment oarecare (cazul general);b. scurtcircuitul se produce cnd curentul ar trece prin zero (se observ absena

componentei de curent continuu);c. scurtcircuitul are loc n momentul trecerii prin zero a tensiunii de alimentare, rezultnd un curent de

oc de valoare maxim

2.3. COMPORTAREA MAINII SINCRONE LA SCURTCIRCUIT TRIFAZATBRUSC, APROPIAT

Scurtcircuitul trifazat brusc la bornele nfurrilor statorice ale unei maini sincrone

reprezint, n ciuda duratei sale relativ scurte, un regim tranzitoriu greu pentru mainca ipentru aparataj inclusiv reeaua de legturcu maina, circulaiile de curent n acest caz potntrece valorile nominale de 10 15 ori. (Scurtcircuitul apropiat de generator - scurtcircuitulpe barele staiei de racord, pe liniile de transport din vecintatea staiei centralei electrice etc.pot fi asimilate cu un scurtcircuit la bornele mainii).

De remarcat cfenomenul unui scurtcircuit trifazat brusc diferconsiderabil de cel alunui scurtcircuit permanent. Aceasta deoarece n timpul unui scurtcircuit simetric permanent,t.m.m. de reacie a indusului are o amplitudine constantn timp, motiv pentru care nu inducecureni n rotor.

n timpul unui scurtcircuit brusc curenii statorici nregistreazun salt rapid, la fel iaciunea lor demagnetizant asupra rotorului, scurtcircuitul fiind o sarcin practic totalinductivpentru alternator. La fel de repede se manifestreacia indusului care induce cureniliberi n nfurarea de excitaie i n circuitele amortizoare astfel nct n ntrefier fluxulrezultat rmne neschimbat n momentul producerii scurtcircuitului. La rndul lor, cureniiliberi din rotor influeneazcurenii din stator. Cuplajele magnetice stator - rotor, variabile ntimp, datorit saturaiei care are loc, face ca fenomenul de scurtcircuit brusc la borne s fiefoarte complex.

Pentru a explica calitativ fenomenele, situaia se poate discuta pe o main cu poliapareni cu o singur nfurare statorici care comportde lng nfurrile de excitaiepropriu-zise i o nfurare amortizoare dupaxa longitudinal. Iniial maina era n gol, iar lamomentul t=0 apare brusc un scurtcircuit la bornele nfurrii statorice.


31/402


32/402

supratranzitorie "dT . Aadar reactana supratranzitorie este reactana efectiva generatoruluideterminnd valoarea iniiala componentei alternative a curentului de scurtcircuit.

b. Tranzitoriu. caracterizat de ( )exadd XXXX += ' care este reactana efectiv

determinnd curentul iniial care ar circula dacnu ar exista rapida descretere a componenteisupratranzitorii. Corespunde perioadei mai lungi de stingere a curenilor liberi din rotor cuconstanta de timp Td0

, dupce s-au stins rapid curenii liberi din amortizor, yX .

c. Stabilizat de scurtcircuit, caracterizat de add XXX += ' cnd fluxul reintr pe

drumul normal prin fierul rotoric, yex XX , ; ncepe la terminarea regimuluitranzitoriu i sfrete atunci cnd este eliminat scurtcircuitul (v. i fig 2.4.).

Fig. 2.4 Componenta alternativ(valoare efectiv) a curentului descurtcircuit din nfurarea statorica unui compensator sincron 30 MVA.

n teoria mainii sincrone se d expresia curentului de scurtcircuit trifazat brusc la

borne din faza a, maina fiind anterior n gol:

( )

( )+

+

+

+

+

+=

teXX

U

eXX

U

teXX

eXXX

Ui

a

a

dd

Tt

qd

m

Tt

qd

m

Tt

dd

Tt

dddma

0/

/

0"/'/

2cos"

1

"

1

2

cos"

1

"

1

2

cos1

"

11

'

11

(2.7)

n care : Umeste tensiunea pe faz;Xd,Xqsunt reactanele longitudinali transversal;T, sunt constanta de timp, respectiv unghiular.

Astfel, curentul dat de curba AB din fig. 2.4. poate fi mprit n trei regimuri,corespunztor celor trei termeni din interiorul parantezei ptrate din expresia (2.7).

Curentul stabilizat de scurtcircuit, indicat prin linia punctat EF, este UmlXd,Componenta tranzitorie, indicatprin linia ntreruptCB, are o valoare iniialEC = Um/Xd

-Um/Xdi descrete cu constanta de timp Td

. Componenta supratranzitorie, datde interseciantre AB i CB, are o valoare iniialCA = Um/Xd

- Um/Xdi descrete cu constante de timp

Td. Cele cinci componente ale curentului de scurtcircuit sunt consemnate n tabelul 2.1.

Dei faza curentului alternativ de scurtcircuit este dependent de parametrul , idifer n cele trei faze, valoarea efectiv este ns aceeai n toate cele trei faze. Valoareainiial, obinutpentru t= 0, este Um/Xd

. O datcu trecerea timpului, curentul descrete, lanceput rapid (zona supratranzitorie), apoi mult mai ncet (zona tranzitorie) i n final se


33/402

stabilizeazla o valoare de regim permanent de scurtcircuit.De regulcomponenta ultimse neglijeaz, ea fiind funcie de disimetria mainii dupaxeled, q. Componenta continudin unda curentului de scurtcircuit statoric induce n nfurareade excitaie (rotativ) o t.e.m. alternativcare se regsete n oscilograma curentului rotoric ntimpul scurtcircuitului statoric, fig. 2.5.

Fig.2.5 . Oscilograma curentului de excitaie dupun scurtcircuit statoric.Expresia curentului de excitaie ncepnd din momentul producerii scurtcircuituluistatoric este datsub forma:

+= teT

Te

T

Te

X

XXiii add Tt

d

KdTt

d

KdTt

d

dde 0

/"/'/ cos""

1'

' (2.8)

Tabelul 2.1.Componentele curentului de scurtcircuit

Componenta Valoare iniial Frecvena Constanta de timp

Componente alternative1. Stabilizat

d

m

X

U

fundamental -

2. Tranzitorie

d

m

d

m

X

U

X

U

'

fundamental Td

3. Subtranzitorie"''d

m

d

m

X

U

X

U

fundamental Td

Alte componente4. Asimetric

cosm

m

X

U

zero Ta

5. De armonic2

n

m

X

U

dubl Ta

Observaie: Rezultdeci, c n calculele de scurtcircuit, mainile sincrone se considerprinreactana lor supratranzitorie Xd


34/402


35/402

Pentru a putea evalua aceste efecte ale curenilor de scurtcircuit este necesar de acunoate ce sunt curenii de scurtcircuit, metodologia de calcul.

2.6.2. CURENII DE SCURTCIRCUIT

Scurtcircuitul reprezintlegtura galvanic, voitsau ntmpltoare, ntre doupuncteale unei instalaii electrice cu poteniale diferite n regimul anterior. Curentul de scurtcircuiteste curentul care trece prin locul de defect n timpul scurtcircuitului. Dupcum rezultdinfig.2.6.

Curentul de scurtcircuit variazdiferit n timp, funcie de deprtarea electrica sursei(generatorul) fade locul de defect.

n general se remarcfaptul ciniial curentul de scurtcircuit este asimetric fade axade timp i poate fi descompus ntr-o componentperiodic(simetric) i o componentaperiodicsau de curent continuu [1,2].

a) Scurtcircuit apropiat de generator

b) Scurt circuit deprtat degenerator

Fig. 2.6. Variaia n timp a curentului de scurtcircuit.

Componenta periodic are o frecven egal cu cea de exploatare i scade de la ovaloare iniialIk

pn la o valoare permanentIk n cazul unui scurtcircuit apropiat degenerator i este aproximativ constant pe durata scurtcircuitului (Ik

= Ik), n cazul unuiscurtcircuit deprtat de generator.

Componenta aperiodic-Io- este componenta curentului de frecvennul(de curent

continuu), determinatde variaia fluxului statorului.Valoarea iniiala componentei periodice Ik- este valoarea sa efectivn momentul

producerii scurtcircuitului.Pentru dimensionarea i verificarea instalaiilor electrice la solicitrile de scurtcircuit

este necesar calculul curenilor de scurtcircuit trifazat sau monofazat cu ajutorulurmtoarelor formule:

d

Nk

Z

UCI

=

3"

3 (2.10)

ZZZZ

UCI

hid

Nk 3

3"1 +++

= (2.11)

n care: C este factor care ine seama de diferena ntre tensiunea aplicatla locul de defect(n momentul anterior defectului) i tensiunea nominal(UN),


36/402


37/402

min - corespunde mersului n gol (lipsete tensiunea de excitaie) - ( se folosete ncazuri speciale Calcule de reglaje protecii)

Xd- reactana sincrona mainii.

Fig.2.8. Factorul minmax , la TG Fig.2.9. Factorul minmax , la HG.

n cazul surselor puternice, ndeprtate de locul de defect (sistemul din punctul deracord):

Ik=Ik (2. 14)n afara curenilor de scurtcircuit de mai sus, pentru dimensionarea i verificarea

instalaiilor energetice este necesar i calculul urmtoarelor valori:

Curentul de declanare - Ia- care este valoarea efectiva componentelor periodice acurentului de scurtcircuit care trece prin ntreruptor n momentul primei separrii acontactelor. n cazul scurtcircuitului trifazat, curentul de declanare se calculeaz cuformulele:

- pentru curentul de declanare furnizat de generatoare, motor i compensatoaresincrone:

"ka II = (2. 15)

- pentru curentul de declanare furnizat de motoare asincrone:"ka qII = (2. 16)

- pentru curentul de declanare furnizat de surse puternice ndeprtate de locul de

defect (sistemul):"ka II = (2. 17)

n formulele de mai sus, i qsunt definii astfel: - este un factor de atenuare a componentei periodice a curentului de scurtcircuit

innd seama de timpul de declanare tm (fig. 2.10);q- este un factor ce ine seama de stingerea rapida curentului debitat de motoare ca

urmare a lipsei cmpului propriu de excitaie (fig.2.11).Timpul de declanare se va considera, de regul- 0,1 s.Curentul mediu echivalent - Im- al scurtcircuitului care are acelai efect termic n timp

de 1s, ca i curentul de scurtcircuit real pe durata cuprins ntre apariia scurtcircuitului i

pnla ntreruperea curentului (timpul de declanare total).


38/402


39/402


40/402


41/402


42/402


43/402

A. Cazul scurtcircuitului alimentat dintr-o singursurs.

Fig. 2.14. Scurtcircuit alimentat dintr-o singursurs

Impedana echivalent:Ze =ZG +ZT +ZL =R+ jX (2.25)Factorul de oc se calculeazconform fig.2.7., funcie de raportulR/X, iar puterea de

scurtcircuit trifazatiniialcu formula:

e

a

bk Z

Z

ScS ,"

= fiind exprimatn u.r. (2.26)

B. Cazul scurtcircuitului alimentat din mai multe surse prin ci de curent separate

Fig. 2.15. Scurtcircuit alimentat din mai multe surseImpedanele echivalente:ZI =ZG1+ZT1 +ZLI (2.27)ZII =ZG2+ZT2 +ZL2 (2.28)Curenii (puterile) de scurtcircuit se calculeazseparat prin cele douramuri.

IN

b

I

bk

ZU

cS

Z

cII

I 3" == (2.29)

IIN

b

I

bk

ZU

cS

Z

cII

II 3" == (2.30)

I

bk Z

cSS

I=" (2.31)

II

bk

Z

cSS

II=" (2.32)

Curentul (puterea) de scurtcircuit total al mai multor ramuri va fi:Ik

=Ikl+IkII+IkII

+ ... (2.33)Sk

= SkI+ SkII

+ SkIII+ ... (2.34)

De asemenea:

i= iI + iII + iIII+ ... (2.35)


44/402


45/402

c) Duptransfigurare, schema se rezolvn continuare ca n cazul C de mai sus.Fig. 2.17. scurtcircuitului n reele buclate

Relaii pentru transfigurarea - Y:

Fig. 2.18. Transfigurarea - Y

312312

31121

ZZZZZZ

++= (2.43)

312312

23122 ZZZ

ZZZ

++

= (2.44)

312312

31233

ZZZ

ZZZ

++

= (2.45)

3

212112 Z

ZZZZZ ++= (2.46)

1

32

3223 Z

ZZZZZ ++= (2.47)

2

131331

Z

ZZZZZ ++= (2.48)

2.6.6. CONCLUZII PRIVIND METODA VDE DE CALCUL A CURENILOR DESCURTCIRCUIT

1. Valoarea supratranzitorie este superioarvalorii stabilite a curentului de scurtcircuit"

. kcsc II (n metoda care folosete curbele de decrement este posibil ca sccK II > pentruXcalcul =0,55 3).

2. Metoda se remarcprin simplitate.3. Se ine cont de valoarea real a caracteristicilor generatoarelor prin reactana

sincronXdi plafonul de supraexcitare (1,3 + 20% pentru TG i 1,6 20% pentruHG).

4. Permit calcularea cu acuratee a aportului motoarelor la scurtcircuit prin valoarea:"ka IqI =

5. Calculul valorii echivalente din punct de vedere termic a curentului de scurtcircuit la1s se deduce simplu cu relaia:

( )tnmII cscm +="

. , iare

bcsc Z

SCS

=" .

unde: C = 1, la 400kV; C= 1,1 la 6-20kV6. Metodologia oficialde calcul a curenilor de scurtcircuit din PE 134/81 folosetepracticprescripia germanVDE-0102, expuspe scurt n acest capitol.

7. Aprofundarea efectiv a problemelor legate de calculul clasic i cu ajutorul


46/402


47/402

coeficientul de saturaie, conexiunea nfurrilor etc.4 - pentru reductoare de tensiune, sunt similare celor de curent

Not: n general aceste elemente sunt cunoscute de la cursurile de strictspecialitatepe de o parte, iar pe de altparte noiunile respective se pot fixa excelent, parcurgnd lucrareaadiacent cursului, Probleme specifice instalaiilor electrice din centralele electrice [3] i

Proiectarea staiilor electrice consemnate mai jos [5, p.313], motiv pentru care nu se insistaici asupra lor; idem, pentru paragraful urmtor.

2.8. APLICAIA 2: ALEGEREA UNOR LEGTURI CONDUCTOARE

2.8.1. TIPURI DE CONDUCTOARE

Legturile conductoare formeazcile de curent din PECS, iar alegerea i verificarealor are loc n baza unor judicioase criterii formulate de normative n vigoare, [6].

a. Preponderente sunt legturile flexibile neizolate din staiile i liniile electrice

aeriene LEA din Cu, Al, Ol-Al comentate pe larg n capitolul 6;b. Liniile electrice n cablu LEC reprezint legturi electrice flexibile izolatecaracterizate prin: partea conductoare din Al (notat cu A n denumirea cablurilor), sau din Cu (notatcu C n denumirea cablurilor) atunci cnd urmeazaplicaii speciale cum sunt mediilecorozive, de ex. partea de izolaie realizat din PVC (notat Y), polietilen (notat YY), hrtieimpregnat(simbolizatHP); selectarea tipului de izolaie urmeazcriterii economice,tehnice - comportarea n regim normal i de scurtcircuit, caliti ignifuge etc.c. Conductoarele rigide se realizeaztipic din Cusau Al(i mai rar din Almbrcat ncoajde Cu, cu efect calitativ superior dar dificil de realizat tehnologic) cu seciuni de

formdiferit, dreptunghiulare, tubulare, n formde C etc.; se utilizeazacolo undenivelul curenilor de defect este mai ridicat (de ex. legtura rigid generatortransformator de regulse capsuleazn ecrane tubulare de Aldin motive de sigurann exploatare), alteori din motive de facilitare a dispoziiilor constructive aspectecomentate pe larg n capitolul 6.

2.8.2. VERIFICAREA STABILITII TERMICE N REGIM DE LUNGDURAT

Verificarea stabilitii termice n regim de lung durat este de fapt criteriul curentuluinominal (maxim de durat). Nu se admite depirea nivelului termic de 700C la suprafaa

conductoarelor i, n mod implicit seciunea conductorului rezultdin satisfacerea relaiei[ ]AII admdurata maxmax

n care:Imax durataeste curentul maxim de duratal circuitului respectiv,Imax adm curentul max. admisibil al conductorului respectiv.n particular pentru LEC se ia seciunea necesar tehnicSth , din tabele [4 - 7], astfel

nct sse respecte relaia:( )thftdurata SKII max [A],

n care,Ift este curentul maxim admisibil (frontier) din punct de vedere tehnic, pentru

seciunea aleas,K- coeficient de corecie funcie de modul de pozare al cablului - de regulngropate

n pmnt; LEC pentru generatoare, transformatoare pe partea de servicii propriicomport lungimi modeste, motiv pentru care sunt pozate n aer liber (la unele CHE


48/402

chiar prin galeria de acces, sau prin galeria de cabluri separat urmnd o raz decurburnormatpentruLEC de m.t, sau .t. etc).

2.8.3. VERIFICAREA STABILITII TERMICE N REGIM DE SCURTDURAT

Verificarea stabilitii termice n regim de scurt durat este de fapt criteriul

comportrii la scurtcircuit; conf. PE 103, toate LEC i numai LEA 110 kV, sunt stabiletermic la cureni de scurtcircuit, dacse respectcondiia:

../ cscadmet jIs [mmp],

n care, s - seciunea conductorului aleasdeja pentru regimul termic de lungdurat, [mmp],Iet - curentul echivalent termic corespunztor circuitului respectiv, [A],Jadm sc.c.- densitatea de curent la scurtcircuit pentru conductorul respectiv, ce depindede temperatura de regim normal anterior scurtcircuitului i de temperatura admisibila conductorului la finele scurtcircuitului, [A/mmp], consemnate n lucrrile [3-7].

Nivelul termic cpentru conductor anterior scurtcircuitului depinde ptratic de ncrcareaacestuia i liniar de ecartul temperaturii mediului ambiant fade limita constructiv tolerat

de 700C, astfel:c=+ (70 - )(Imax durata/Imaxadm)

2 [0C].n general temperaturile maxime admise conductoarelor la finele scurtcircuitului sunt mai

ridicate pentru Cu, iar printre izolaiile standard - hrtia are comportarea mai bun, astfel: 1800C/A1, 2000C/Cu - la conductoare rigide neizolate, 1600C/Ol-Al, 1800C/Al, 170-2000C/Cu - la conductoare flexibile neizolate, 250 0C/j .t., respectiv 170 0C/m.t. pentru hrtie, 160 0C/j.t., m.t. (s 300 mmp) pentru PVCetc.,

2.8.4. VERIFICAREA LA CDEREA DE TENSIUNE

Verificarea la cderea de tensiune relativare valori normate n jurul valorii de 5%,conform normativelor PE 107 iIp 27-87, de exemplu. Astfel [8,9]:

n cazul alimentrilor directe din reelele de j.t. ale furnizorului 3% pentruiluminat i 5% pentru alte receptoare n cazul alimentrilor din PT sau centrale proprii 8% la iluminat i 10% pentrualte receptoare, inclusiv alimentri de lmpi ndeprtate i izolate 12% se admite pentru regimul de pornire al motoarelor, n afara altor precizri conform cu PE 113, pentru reeaua de servicii proprii din centralele electrice: 8%la iluminat i 5 % pentru motoarele electrice de j.t. i m.t. n regim normal de

funcionare, iar n caz de avarie se admite 10%; n fine, se admit chiar 15% pentru j.t. i 20% pentru m.t. cu ocazia regimului de pornire amotoarelor.

Formula de calcul a cderii de tensiune pe o linie electric (explicatn capitolul 6), este deforma

( ) [ ]kVIxrlU durat3

max00 10sincos3 +=

n care, r0, x0 sunt rezistena respectiv reactana specific n ohm/km, l lungimea linieielectrice, n km. Cderea de tensiune procentualeste prin definiie datde

( ) [ ]%100/ nUUU =

2.8.5. VERIFICAREA LA DESCRCAREA CORONA SE REDUCE N ESEN

Verificarea la descrcarea corona se reduce n esen la a constata dac valoareacmpului maxim la suprafaa conductorului este sub valoarea critic, de la care pierderile


49/402

devin prohibitive prin efectul descrcrii incomplete dintre conductor i pmnt (efectulcorona), astfel:

[ ]cmkVEE corcond /max , discuia fiind detaliatn capitolul 6.

Observaie: n general, la 110 kV mai multe conductoare pe faz indic cureniimportani pentru care s-a majorat seciunea; ncepnd cu nivelul superior de 220 kVjumelarea conductoarelor se realizeazn special din motive de reducere a razei echivalente aconductorului pe faz, limitndu-se efecte1e de pierderi de putere prin efect corona.

2.8.6. VERIFICAREA LA SOLICITRI MECANICE

Verificarea la solicitri mecanice se face diferit pentru conductoare rigide fade celeflexibile, astfel:

a)

conductoare flexibile din instalaii exterioare sunt supuse forei vntului, greutiichiciurii, eforturilor electrodinamice la scurtcircuit, tensiunii mecanice din fire dupmontaj etc.; este un calcul cu un volum de muncapreciabil care astzi s-a simplificat

prin introducerea tehnicii de calcul specializate, conform cu PE 111 . Se dca exemplude calcul simplificat cazul mai simplub)

conductoare rigide din instalaii interioare fixate pe fazprin izolatoare cu lungimeadeschiderii L, cu distana ntre faze a, parcurse de un curent de valoare ioc suntsolicitate de o forelectrodinamiccare se calculeazcu relaia

= 2

2

102a

iLF oc [daN]

Rezistena mecanic specific pentru un conductor caracterizat de un anumit modul derezistenW [cmc] i de un efort admisibil adm(la Al valoarea este de 700 daN/cm

2) este

datde expresia:( )WFL 12/= [daN/cm2]Conductorul va rezista dacse ndeplinete condiia

adm Observaie: Dacpe fazse aflun pachet de conductoare, atunci n mod adiional se

consider i efortul care apare datorit interaciunii dintre conductoarele de pe aceeaifaz.

Anexa 2.1.

VALORI UZUALE ALE IMPEDANELOR (REACTANELOR)ELEMENTELOR REELELOR

A. MAINI SINCRONE Valoarea reactanei (%)Tipul xd" xd' xd

12,5 19 17014,5 22 165Turbogeneratoare

kc23MW30-100 MW

100-300 MW 19,5 27 18520,0 35 115Hidrogeneratoare cu nfurare de amortizare

frnfurare de amortizare 27,0 27 115Compensatoare i motoare sincrone 20,0 35 180

B. TRANSFORMATOAREReactana directi invers(trafo cu dounfurri)Tensiunea [kV] 6-20 35 110 220

Uk[%] 4-6 7,5 10,5 10,5


50/402

Reactana homopolar

S

chema

I II III I II III I III (AT) II

N

Xh*) Xd 10Xd Xd Xd 3

Xd IIXd IIIXd I +

____________Xd II+Xd III

xdIx dI

I

xdIII

*) n schema de calcul se introduce schema echivalenta AT (vezi exemplul)

C. LINII AERIENETipul liniei xd=xi[/km] x1

frconductor de protecie 3,5xdcu conductor de protecie din OL 3xdSimplu circuitcu conductor de protecie din OL-Al

0,42xd

frconductor de protecie 5,5xdcu conductor de protecie din OL 4,7xdDublu circuitcu conductor de protecie din OL-Al

0,23xd

D. LINII N CABLU

Tipul linieird=ri

[/km]xd=xi

[/km]rk

[/km]xk

[/km]

3x170 mm2

Cu 0,14 0,73x240 mm2Cu 0,08 0,653x300 mm2Cu 0,06 0,6110kV3x400 mm2Cu 0,05

0,2

0,58

0,3

3x95 mm2Al 0,33x120 mm2Al 0,2420kV3x150 mm2Al 0,2

0,1

ANEXA 2.2.

SCHEME I RELAII DE CALCUL ALE REACTANELOR

(AUTO)TRANSFORMATOARELOR CU TREI NFURRII ALE BOBINELOR DE REACTANJUMELATE

A. Transformatoare cu trei nfurri

SI

SII

SIII

I

IIIIIUxII-III

UxI-IIUxIII-I XI

XIIXIII

I

IIIII


51/402

2

1

+=

IIIII

x

IIII

x

III

xI S

U

S

U

S

UX IIIIIIIIIIII [u.r.]

2

1

+=

IIII

x

III

x

IIIII

x

II S

U

S

U

S


2

1

+=

III

x

IIIII

x

IIII

xIII S

U

S

U

S


n care:SI-II, SII-III, SIII-Isunt puterile de trecere ale transformatorului

B. Bobine de reactanjumelate

XI= - XXII=XIII=X (1 + )

n care:X- reactana unei ramuri a bobinei de reactancnd cealaltramureste n gol - coeficientul de cuplaj ntre ramurile bobinei (de regul= 0,5)


52/402


53/402

- frecvena curentului alternativ produs, f, n Hz;- curentul pe Fazn stator (In)n [A];- puterea aparent nnn IUS 3= n [kVA];

- factorul de putere (cos n);- schema de conexiuni a fazelor statorului (, );- curentul de excitaie,Ien, n [A];- tensiunea de excitaie, Uen n [V];- turaia de sincronism n, n [rot/min];- clasa de izolaie a statorului i rotorului;-

randamentul alternatorului;-

presiunea agentului de rcire.

Realizarea acestor parametrii vizeaz un optim tehnicoeconomic de folosire amaterialelor n construcia alternatorului prin intermediul unor indicatori sintetici cum suntreactanele, constantele de timp, momentul de inerie etc. cu care studentul este familiarizat de

la cursul de maini electrice. Este util a privi maina prin prisma principalelor elementelimitative de proiectare determinate de stadiul actual al tehnicii, de a schia direciile demodernizare probabile de viitor.

Este cunoscut c puterea aparent schimbat de alternator cu reeaua este

nnn IUS 3= . Scriind explicit tensiunea i curentul funcie de anumite mrimi caracteristiceale mainii,

NBLDKUn = 11 (3.1)i

ADKIn = 2 (3.2)n care:L- este lungimea activa fierului;D1- diametrul interior al statorului ; B- induciamagneticn ntrefier;N- turaia de sincronism a mainii;A- densitatea (pnza) de curent dinntrefier, A= ac, unde: a-curentul statoric pe conductor; c- numrul efectiv de conductoarestatorice pe unitatea de lungime la periferia interioar a statorului; K1,2 - constante deproporionalitate.

Astfel rezult:NBALDKS = 21 (3.3)

Dacse noteazcu fluxul pe pol i cupnumrul de perechi de poli se poate deduceo expresie similarfuncie de flux. Astfel:

Bp

LD

2

= ;

Prin urmare:

DL

pB

=

2;

i deci:NDApKS = ` (3.4)

unde constanta

=K

K2'

Aceste dou expresii, (3.3) i (3.4), sunt formele generale ale ecuaiei puteriievacuate de alternator. Se observ c folosirea eficient a materialelor reprezentate devolumul rotoricD2L poate fi sporitpe douci: prin creterea ncrcrii magnetice B i prinmrirea lui A, adica ncrcrii electrice.

Dacse mresc toate dimensiunile geometrice ale mainii de k ori, solicitrileAiBrmnnd neschimbate, se constatc:


54/402


55/402


56/402

3.1.3. PERFECIONRI CONSTRUCTIVE

n programele de perfecionri constructive aduse alternatoarelor de mare putere,firmele constructoare au inut cont n primul rnd de costurile materialelor i de cantitatea demuncnecesaratt n fabrica constructoare ct i la montaj n centrala electric. n strns

legturcu aceste aspecte au intervenit, n scurt timp, restriciile n gabarit i greutate impusede limitrile n transporturi (n jur de 300 tone la un gabarit de circa 8 m lungime i 4 mdiametru). Pentru a face faacestor limitri, alternatoarele foarte mari de peste 500 MW nusunt transportate pe calea feratci pe platformcu pneuri. Maina se transportfr rotor ipentru a uura i mai mult condiiile de transport, statorul se segmenteazn trei pri. Parteacentral se ntinde pe lungimea nfurrilor, iar cele dou pri frontale demontabile careprotejeazcapetele de bobinconin i schimbtoarele de cldurpentru hidrogen.

Sporirea continua puterii unitare a artat clar cpeste 50 MW alternatoarele rcitecu aer necesitau o putere de ventilaie prea mare pentru a fi acceptat n condiii deeconomicitate. Dei s-au realizat n Anglia cteva maini rcite complet cu aer de 60 MW, s-a

vzut avantajul net al rcirii cu hidrogen; astfel prima main de aceast putere unitar s-arcit cu hidrogen n loc de aer, n jurul anului 1950. Ceva mai trziu avantajele legate deaceastnlocuire au determinat constructorii sfoloseaschidrogen i pentru maini de putereunitarmai redus(de exemplu grupul de 25 MW. rcit cu hidrogen). Hidrogenul s-a introdusn main la o uoar suprapresiune pentru a evita riscul ptrunderii aerului din exterior ncarcasa alternatorului i a forma un amestec exploziv. Iniial suprapresiunea era cu mult subun bar, dar curnd s-a gsit cpentru un gabarit dat puterea evacuatde alternator n limiteleadmise de temperatur, poate fi crescut, mrind presiunea hidrogenului la circa 2 - 4 bari.

Pentru treapta de putere unitar de 200 MW s-a fcut i un salt calitativ prinintroducerea principiului rcirii directe cu hidrogen. De la metodele convenionale n carealternatorul era rcit indirect prin hidrogenul care spal suprafeele exterioare ale

nfurrilor s-a trecut la rcirea direct a conductoarelor statorice i rotorice, obligndhidrogenul s circule n nfurri i n crestturile n care sunt dispuse nfurrile; s-aurealizat maini pn la puteri unitare de 275 MW dup acest principiu superior de rcireintrodus i n cazul rcirii mainii cu ajutorul unui lichid (apsau ulei).

Eforturile s-au concentrat asupra mainii bipolare deoarece din condiii deeconomicitate a turbinei, turaia de 3000 ture/minut convine cel mai mult (realizarea la turaiii mai mari a turbinei ar fi mai avantajoasdar realizarea unui alternator n condiii practicepeste 3000 de ture nu s-a materializat nc).

n centralele nucleare, aburul obinut la parametrii mai puin nali face oportun oturbinde 1500/ 1800 rotaii/minut deci o maintetrapolarcare ofercondiii mai uoare de

rcire n comparaie cu o mainbipolar, deoarece diametrul este mai mare. [1, p.339], [2]nultimul timp pentru maini peste 200 MW s-a introdus rcirea completcu ap -avantajele certe legate de acest sistem de rcirea fiind demonstrate i prin apariia primelorhidroalternatoare de 80 MVA complet rcite cu ap (ori, se tie chidroalternatoarelor suntmult mai uor de rcit deoarece la aceeai putere unitarcomportun gabarit substanial mritcomparativ cu un turboalternator). [3, p.169]

Se impunea a fi soluionate rapid o serie de probleme de naturelectric, termicsaumecanic. Din punct de vedere electric, sporirea puterii unitare este condiionat n maremsur de valoarea raportului de scurtcircuit i de reactanele tranzitorii care influeneazstabilitatea mainii n regimuri de funcionare capacitiv, n regimurile de variaie brusc asarcinii i n mod particular n cazul aruncrilor de sarcin. Din punct de vedere termic pentrusistemele de rcire care folosesc circulaia de hidrogen n ntrefier se impune sporireaeficienei acesteia n vederea reducerii gradientului de temperaturn izolaia crestturii.

Din punct de vedere mecanic se impune creterea momentului de inerie prin creterea


57/402


58/402


59/402

Fig. 3.1. Variaia temperaturii conductoarelor din ancoa rotoricn raportcu varianta constructiv.

Fig.3 .2. Rcirea directa bobinelor rotorice.

Fig 3.3. Seciuni prin ancoe statorice, nfurrile fiind rcite direct cu hidrogen

A canal de rcireB bara elementara barei nfurrii statoriceC izolaia ancoeiD pan


60/402

Pentru rotor, materialul conductor conine i argint n proporie de 0,1 - 0,6 %pentru aevita variaiile de lungime cu ocazia dilatrilor n prezena forelor centrifuge, cu efect final -deteriorarea izolaiei.Sarcinile liniare ale rotorului sunt direct proporionale cu sarcinile liniare ale statorului:

12 AA = (3.5)

unde: e un coeficient de proporionalitate, care de obicei este supraunitar, conformfig. 3.4.

Fig 3.4. Curbele de variaie a densitii de curent statorice J1i rotorice J2funcie de putereanominala turbogeneratorului

Sarcina liniara rotorului se determincu relaia:

2

22 D

qJA

=

unde: q - este suma seciunile conductoarelor nfurtorilor de excitaie n toate

crestturile rotorului mm2

J2 - densitatea de curent a nfurrii rotorului, [A/mm

2]D2- diametrul rotorului, m.La turbogeneratoare seciunea transversal a canalelor rotorului i n consecin

seciunea conductoarelor nfurrii de excitaie, n condiiile limitrii diametrului D2, nupoate fi mrit. Dimensiunile limitale statorului de asemenea nu permit creterea seciunilorconductoarelor. Aadar, mrirea sarcinilor liniare ale rotorului i statorului, nu sunt posibiledect prin mrirea densitii de curent n nfurri. Aceasta duce ns la creterea nclziriinfurrilor i a necesitii folosirii unor sisteme intensive de rcire a cror perfecionare estede mare interes practic.

IzolaiaDezvoltarea produciei de alternatoare s-a fcut deopotrivi pe baza succeselor nregistraten tehnica izolaiei de calitate caracterizatprin:

- rigiditate dielectric;- rezistenmecanic;- termostabilitate.Tendina actualeste folosirea clasei de izolaie B. S-au fcut ncercri cu materiale

izolante ca: mic, azbest, sticlmpreuncu mase de compundare adecvate. Izolaii bune cares permit dilatarea cuprului conductorului fr s crape i fr s sufere vreo deformareplasticsunt materialele izolante anorganice care folosesc mase liant din rini termostabile.

Actualmente se experimenteazmateriale izolante de tip film cu caliti remarcabile - captoni.Izolaia rotorului este mai puin supussolicitrilor electrice fade izolaia statorului.

n schimb, trebuie s reziste la solicitri dinamice deosebite i n aceast direcie progrese


61/402


62/402


63/402

Etanarea buna lagrelor pentru mainile rcite cu hidrogen este de mare importani se realizeaz cu lagre de etanare speciale. Dintre variantele experimentale pn azi s-aimpus n special lagrul de tip inelar, a crui prezentare schematiceste datn fig. 3.6. Acesttip de lagr s-a folosit cu succes i la CNE cu grupuri de 1200 MW deoarece grosimeafilmului de ulei este de cteva ori mai mare fade alte tipuri de etanare [1, p.339].

Fig. 3.6. Etanri pentru H2de tip inelar

3.1.4. EVACUAREA PIERDERILOR DE PUTERE DIN TURBOGENERATOARE

n ultimele decenii, puterea alternatoarelor a crescut de cteva ori mai repede dectgreutatea i volumul lor, impuse de limitrile n transporturi, graie metodelor de rcire totmai perfecionate, s-a ajuns la o cretere exponenial a eficienei cu care sunt utilizatematerialele ntr-un alternator de mare putere. Astfel dac n 1940, puterea specific aalternatoarelor era de circa 0,5 kW/kg, s-a ajuns la 0,1 kW/kg. n 1960, respectiv la 2,5 kW/kgn anul 1980.

Aceaststare de fapt a adus la creterea n aceeai proporie a pierderilor deputere i care sunt azi n jur de 30 W/kg, raportarea fcndu-se la maina complet.

Pentru maini de putere mai mare s-a depit cu mult aceastvaloare, n special pentrunfurarea rotoricdeoarece rotorul are posibiliti sporite de rcire ca element

turnant al mainii. Se dorete ca rotorul spoatproduce o solenaie de excitaie ct maimare pentru a permite funcionarea mainii cu factor de putere inductiv de valoare

redus, dar n acelai timp, datoritsolicitrilor dinamice excepionale din zonacapetelor de bobinnu se poate spori volumul rotorului peste o valoare limit,

menionatanterior. n tabelul 3.3, se dau pierderi1e n cuprul marilor alternatoareraportate la unitatea de greutate [4].

Tabelul 3.3Pierderi1e n cuprul marilor alternatoare

Puterea unitar, [MW] Pierderi specifice, [W/kg]nfurarea statoric nfurarea rotoric

800 150 5001500 320 1100

Scoaterea din uz a alternatoarelor se face n mod normal datoritmbtrnirii izolaiei.Pentru a preveni mbtrnirea rapid a izolaiei, temperatura maxim din main trebuie

limitatsuperior, evitate cu strictee supratemperaturile accidentale. Din acest motiv variaiatemperaturilor mainii se ine sub observaie de ctre personalul de exploatare.Msura temperaturilor nfurrilor statorice i a dinilor statorici ai circuitului

magnetic se face, pentru mainile mari cu 6 - 9 termocuple. Temperatura rotorului se deduce


64/402

comparnd tensiunea i curentul de excitaie cu o scarohmetricgradatn centigrade.O caracteristica marilor maini este ntrefierul destul de mare pentru a putea realiza

un raport de scurtcircuit limitat inferior din motive de stabilitate a funcionrii. Un ntrefiermrit necesito solenaie de excitaie sporit, deci o nclzire a rotorului mai mare. Un efectpozitiv n mrirea ntrefierului este totui faptul c ventilaia gazului de rcire se face mai

eficient.

Rcirea indirectcu aerAerul preia temperatura, n mod indirect, de la suprafaa rotorului i statorului. Acestesuprafee sunt nclzite la rndul lor de conductoare prin intermediul izolaiei, transmisiacldurii fcndu-se printr-o serie de rezistene termice att pentru stator ct i pentru rotor, aacum se aratn diagrama din fig. 3.7. a i b. Tolele statorice sunt rcite mai uor deoarece suntprevzute din loc n loc canale circulare radiale printre pachetele de tole. Se vede c existocdere de temperaturconsiderabil ntre conductorul din cupru i mediul de rcire n cazulrcirii convenionale (indirecte) pentru care se pot trage cteva concluzii generale n vederea

reducerii acestei cderi de temperatur:a) Variaia grosimii izolaiei influeneazn acelai sens variaia gradientului detemperatur. Reducerea grosimii izolaiei nu se poate face dect pnla limita la carerigiditatea dielectricpentru materialul respectiv mai este asigurat.

Fig. 3 7 Supratemperaturile dintr-un alternator rcit cu aera)- pentru stator b)- pentru rotor

b) Cderea de temperatur ntre curentul de aer i suprafaa rotorului reprezintbariera de transfer de clduri poate firedusprin creterea turbulenei sau i prin cretereacoeficientului de transfer al gazului folosit. Existun compromis pe care proiectantul trebuies l realizeze ntre volumul pierderilor Joule i prin cureni turbionari i histerezis caretrebuie evacuate din main.

Circulaia aerului este asigurat de cele dou ventilatoare axiale dispuse la capetelerotorului. Dacputerea de ventilaie este insuficientn acest fel se folosete adiacent ncunventilator buster plasat sub alternator ctre limita de putere pentru care aerul ca mediu dercire mai poate fi acceptat i care a fost de 60 MW. Aerul de ventila ie este absorbit de laieirea din schimbtoarele de cldurcu applasate sub alternator, n zona median, urmnd

un circuit nchis. O parte ajunge n ntrefier rcind suprafaa rotorului, suprafeele interioariexterioar a statorului, pachetele de tole statorice. O parte din aerul vehiculat este folositpentru etanarea lagrelor pentru ca snu ptrundaer cu impuriti (praf de crbune de laexcitatrice) din sala mainilor n alternator. Pierderile de aer sunt suplimentate totui cu aer


65/402


66/402

Rcirea directcu gazRcirea cu aer nu trebuie privit ca nvechit. Dimpotriv, sunt n funciune o mulime dealternatoare de 30 MW i astzi chiar de 330 MW, complet rcite cu aer. La aceste mainiconductoarele sunt tubulare, permind evacuarea cldurii n mod direct. Construirea unormaini att de mari rcite complet cu aer n mod direct a adus o bogatexperieni o mai

bunnelegere a fenomenului aerodinamic de evacuare a pierderilor; s-au evideniat calitilesuperioare i ale altor medii de rcire, comparativ cu aerul, fapt ce a dus la nlocuirea acestuiadin urm, tabelele 3.4.1, 3.4.2. Tendina modern este de a reveni la rcirea clasiccu aer,dupun studiu intens al rezistenelor aerodinamice efectuat pe modele.

Rcirea directcu hidrogenDin tabel rezulto serie de avantaje legate de folosirea hidrogenului:

a) Prin folosirea H2 pur, pierderile prin ventilaie se reduc de 14,3 ori fade aer, ncondiii identice de presiune i temperatur. n realitate amestecul gazos n corpulgeneratoarelor conine circa 3 % aer, vapori de apetc., fiind numai de aproximativ 10 ori mai

uor dect aerul. Cu toate acestea reducerea pierderilor de putere prin ventilaie n cazul H2,(la TG rcite cu aer aceste pierderi nseamn 0,3 - 0,5 din pierderile totale) conduc la ocretere de aproximativ 1% a randamentului generatorului.

Tabelul 3.4.1Sisteme de rcire

Obs. 1. Viteza de circulaie de referina aerului este de 40 m/s.Obs. 2. Principalele caracteristici fizice ale diferitelor medii de rcire utilizate, sunt raportatela caracteristicile fizice ale aerului, considerat la presiunea de 760 mm col Hg i 20oC.


67/402

Tabelul 3.4.2.Rcirea statorului i a rotorului

b) Faptul chidrogenul are cldura specificde 14,3 ori mai mare dect aerul, estecompensat de greutatea sa specificde 14,3 ori mai micastfel cn condiii egale de debitvolumetric, temperatur, capacitatea de evacuare a H2 este egalcu cea a aerului. n realitatensH2 este puin dezavantajat din cauzcnu este 100 % pur.

c) Coeficientul de transmitere a cldurii de 1,33 - 1,35 dposibilitatea spoririincrcrii generatorului la aproape 125 % fade cea corespunztoare rcirii cu aer.

Fig. 3.9 Componentele supratemperaturii dintr-un alternator rcit cu H2

d) Prin rcirea cu H2, sporete securitatea n exploatare a materialelor electroizolantei durata lor de viatcrete pentru cnu mai sunt atacate de oxigenul din aer i de vaporii deap, iar n cazul unui scurtcircuit intern, arderea nu este ntreinutde H2 curat. Trebuie avutn vedere cptrunderea aerului n proporie ncepnd cu 25% formeazun amestec puternic

exploziv cu hidrogenul, motiv pentru care exist ntotdeauna o suprapresiune de cel puin0,035 x 105N/m2n interiorul alternatorului.e) Eficiena rcirii cu H2 sporete dac presiunea crete n intervalul 15...35 x 10

5N/m2. Peste acest interval, cresc pierderile prin ventilaie i se accentueazproblema etanrii.


68/402

Spre exemplu folosirea H2 la o presiune de 3 x 105N/m2 permite creterea sarcinii

alternatorului la 125% fade sarcina corespunztoare presiunii de 1,033 105 N/m2Existtotui i unele dezavantaje n cazul utilizrii hidrogenului, astfel:a) Blindarea carcasei care trebuie sreziste unei eventuale explozii i care devine mai

grea cu 50 - 80 % iar toate etanrile trebuiesc executate i controlate.

b) Sunt necesare instalaii suplimentare: de CO2 sub protecia crora se mpiediccaH2 sajung n contact cu aerul prin ulei pentru asigurarea func ionrii etanrilor axiale cuulei.

c) Spaiile nchise n care se poate acumula hidrogenul care scap prin neetaneitipot fi sediul unor explozii (de ex. tubulatura barelor capsulate).

Avantajul rcirii directe cu hidrogen, fade rcirea indirecteste ilustrat sugestiv nfig. 3.9. In plus se vede ceficiena rcirii crete o datcu creterea presiuni gazului.

Rcirea directcu lichid. Rcirea completcu apPentru mainile de putere limitca i pentru cele de puteri relativ mai mici, utilizarea apei ca

mediu de rcire n locul hidrogenului conduce la avantaje remarcabile, astfel:- carcasa este de construcie uoar;- lagrele de etanare sunt de construcie simplcu labirini;- rotorul nu are ventilator;- ntrefierul comportun cilindru care separutil spaiul statorului de cel al rotorului.Apa este folosit pentru rcirea direct a nfurrilor i indirect pentru rcirea

pachetului de tole statorice. Folosirea avantajelor sporite pe care le prezint apa, legat deevacuarea eficient a pierderilor din alternator este evident; n fapt puterea de pomparenecesar circulaiei apei de rcire este neglijabil n comparaie cu puterea de ventilare lamainile rcite cu hidrogen, iar pierderile prin frecare cu gazul sunt aici reduse. Astfel, deexemplu, pierderile pentru un alternator de 1000 MW se cifreaz la 14 MW. Pentru

evacuarea acestor pierderi prin hidrogenul circulnd axial prin rotor, trebuie utilizat oputere de ventilaie de aproximativ 1400 kW. Dacnsse folosete rcirea cu apdirectanfurrilor, evacuarea acelorai pierderi necesito putere de pompare sub 100 kW.

Tendina de compactizare a construciei alternatoarelor moderne este de mult facilitatde introducerea apei ca mediu de rcire, prin suprimarea schimbtoarelor de cldur dininteriorul carcasei care trebuia s fie i rezistent la explozie. Astfel, de exemplu, n 1940puterea specific a celor mai mari alternatoare a fost de aproximativ 0,5 kW/kg i a atins1kW/kg n 1960. La noile maini realizate n anul 1980 aceastputere specificva depi 2,5kW/kg.

Factorul de utilizare al prilor active poate fi net crescut, iar realizarea de maini de

2 - 3 GVA este absolut posibilprin acest sistem nou de rcire prin care practic se dubleazichiar tripleazdensitile de curent n nfurri (20 - 30 A/mm2).Perfecionarea construciei alternatoarelor a atras nsdupsine i o cretere rapida

pierderilor specifice care la mainile de mare putere au atins valori remarcabile, conformtabelului 3.3.

Apa de rcire este o apfoarte curatcu conductibilitate electricde circa 0,3 S/cm(de regulsub 2.5 S/cm).

n fig. 3.10.se dau seciuni prin ancoele statorice rcite direct cu appentru cazurilen care toate, sau numai o parte din conductoarele fasciculare sunt tubulare. Existmai multesoluii pentru aducerea apei la conductoarele fasciculare. Una din cele mai folosite de marile

alternatoare, printre care i cel romnesc de 330 MW, este acela n care cele dou barestatorice pe ancoreprezinti un drum hidraulic pentru apa de rcire, fiind racordate princte dou conducte elastice din teflon la dou colectoare inelare dispuse n zona frontal amainii, aa cum se indicn detaliu n fig. 3.11.


69/402


70/402

- etanarea frontal a circuitului hidraulicrotoric;- rezervor tampon;- circuitul de purificare a unei cote din apa

folosit;- cilindrul izolant din ntrefier;- spaiul umplut cu N2.

n fig. 3.12 se prezintun alternator rcit complet cu ap.

O noutate adusde acest sistem de rcire este folosirea unui cilindru izolant rezistentplasat n ntrefier; etan la gaz, el separ spaiul cuprinznd rotorul, de spaiul statorului. nplus el evitca eventualele scpri de ap rotorice spun n pericol statorul i permite deasemenea ca n spaiul rotoric sse facun vid parial de circa 0,35 x 105 N/m2, diminundastfel net pierderile prin frecarea aerului cu rotorul (suprafaa sa interioareste de altfel maipuin rugoascomparativ cu cea a statorului). Statorul poate fi astfel imersat ntr-un gaz inert,de pildazot care smpiedice ntreinerea oricrui incendiu; aadar, cilindrul din ntrefier dposibilitatea de a utiliza, n cele douspaii, fluide diferite i sub presiuni diferite.

De remarcat csistemul prezentat poate fi optimizat, daceste cazul prin folosirea:- tehnicii frigului, cu o temperaturde intrare apropiatde 00C,

- creterea punctului de fierbere al apei, presuriznd superior circuitul apei din rotor.Datoritcalitilor sale, sistemul rcirii complete cu apprezintavantaje att pentrumainile mari ct i pentru mainile mai mici pnla cele rcite cu aer. Mai mult dect att, s-a introdus chiar i la maini hidrogeneratoare cu puteri ncepnd cu 80 MW, deihidroagregatele au condiii de rcire cu aer net avantajoase turbogeneratoarelor datoritspaiului i deci a suprafeelor de schimb de cldurmult sporite.

Rcirea directcu lichid. Rcirea cu api uleiSe refer la rcirea cu ulei doar a pachetului de tole statorice, n mod direct prin canalelongitudinale. Uleiul care se infiltreaz ntre tole este oprit de cilindrul din ntrefier de aajunge la rotor. De fapt uleiul care se infiltreazla nceputul tolelor, colmateaz, consolidnd

canalul principal de rcire.Folosirea uleiului este justificat nu numai pentru rcirea tolelor dar i pentru

proprietilor sale de amortizare a vibraiilor. Pe de altparte, riscul unui incendiu este exclus,deoarece statorul este imersat n azot.

Introducerea uleiului trebuie privit ca o extrapolare a posibilitilor de rcirecomplet i direct prin lichide. Folosirea uleiului i pentru nfurri nu este oportun.puterea instalat n unitile de pompare srind de aproximativ 6 ori, datorit creteriivscozitii n raport cu apa.

Rcirea directcu lichid. Rcirea combinatcu gaz i lichid

Pentru stadiul actual al construciei de alternatoare, majoritatea unitilor mijlocii i mari suntrcite direct cu ap - n nfurrile statorice - i cu hidrogen - nfurarea rotoric n moddirect i fierul statoric, indirect. Practic toate mainile ncepnd cu puterea unitarde 200 MWbeneficiaz de acest sistem de rcire combinat, cu toate avantajele i dezavantajele caredecurg de aici, menionate anterior. Principial, o seciune printr-o main rcitcu ap, esteprezentat n figura 3.13. Acest sistem de rcire este oportun i pentru maini de putere foartemare de peste 1 GVA, tetrapolare, pentru CNE, spaiul mai mare la astfel de maini pentrurotor nu face absolut necesarintroducerea apei n nfurarea rotoric.

Acest sistem de rcire combinat este, dupunii specialiti, o direcie sigurde urmatn construcia alternatoarelor care eliminpier

centrale_statii_si_retele_electrice.pdf

Documents