1-1

Instalaţii ElectriceDr. Florin POP, profesor

Cursul 1

Cap. 3 Dimensionarea reţelei de distribuţie în incinta consumatorului

3.1 Procese fundamentale în reţelele electrice

3.1.1 Puterea cerută şi factorul de putere mediu

Sistemul de alimentare a unui consumator cuprinde instalaţiile electrice care asigură energia electrică necesară funcţionării acestuia. Se compune din sistemul de alimentare extern - partea SEN formată din ansamblul instalaţiilor electrice aflate în exploatarea furnizorului şi care sunt în amonte de punctul (punctele) de delimitare dintre furnizor şi consumator şi sistemul de alimentare intern - ansamblul instalaţiilor de producere, distribuţie şi utilizare a energiei electrice de la punctul (punctele) de delimitare la receptoarele consumatorului – vezi Figura 3.1-

1

Figura 3.1-1 Delimitarea instalaţiilor electrice între furnizor şi consumator

Punctul de delimitare - PD - este locul în care instalaţiile consumatorului se racordează la instalaţiile furnizorului şi în care acestea se delimitează ca proprietate. Staţia de primire - SP -este prima staţie situată pe amplasamentul sau în vecinătatea amplasamentului unui consumator care îndeplineşte simultan următoarele condiţii: (a) se află pe traseul reţelelor electrice de legătură dintre furnizor şi consumator; (b) prin intermediul acesteia se realizează nemijlocit alimentarea cu energie electrică a consumatorului; (c) tensiunea primară sau tensiunea secundară a staţiei este egală cu cea mai mare tensiune din instalaţia de utilizare a consumatorului. Staţia de primire poate fi o staţie electrică de transformare sau conexiuni, un post de transformare sau un tablou de distribuţie (din firida de branşament, în cazul clădirilor de locuit).

Reţelele electrice de joasă tensiune ale consumatorului sunt constituite din totalitatea coloanelor, tablourilor şi circuitelor electrice. Coloana este ansamblul elementelor conductoare de curent (circuitul) care alimentează un tablou de distribuţie. Tabloul de distribuţie - TD - este o unitate funcţională care serveşte concomitent la primirea şi distribuţia energiei electrice. Circuitul este ansamblul elementelor conductoare care alimentează unul sau mai multe receptoare. Coloana electrică magistral ă este coloana care alimentează pe parcursul ei cel puţin două tablouri de distribuţie, în derivaţie. Coloana electrică colectiv ă este coloana din care se alimentează mai mulţi consumatori. Coloana electrică individual ă este coloana care serveşte pentru alimentarea unui singur consumator. Tabloul general de distribuţie - TG - este tabloul electric racordat direct la reţeaua furnizorului (de joasă tensiune), la un post de transformare (la secundarul transformatorului de alimentare) sau la o sursă proprie (de joasă tensiune) a consumatorului şi care distribuie energia electrică la alte tablouri de distribuţie sau care alimentează direct anumite receptoare ale consumatorului. Tabloul secundar de distribuţie - TS - este tabloul de la care energia se distribuie la receptoarele consumatorului. În funcţie de complexitatea reţelei de distribuţie, între tabloul general şi tablourile secundare pot fi intercalate tablouri principale de distribuţie - TP - alimentate din tabloul general şi care distribuie energia electrică la tablourile secundare sau direct la anumite receptoare ale consumatorului.

Furnizor Consumator

Punct de delimitare

Staţie de primire

1-2

Puterea cerută- putere instalată - motoare, lămpi fă r ă sau cu aparataj auxiliar (balast), alte receptoare- putere absorbită - variabilă în timp, grafic de sarcină- putere medie, interval de timp t, durata de cerere Tc

- putere cerută = max(Putere medie) pentru t mare - 0,5 - 2 ore- putere de vârf, maximă = max(Putere medie) pentru t mic - 15 - 30 minute- determinare Pc - în exploatare, în proiectare- coeficient de cerere Cc (sau Kc)

- variaţia în lungul reţelei de distribuţie, în scădere de la receptor spre sursă (punctul de delimitare)- metoda analizei directe

- limite/recomandări de aplicare- determinarea termenilor componenţi

- metoda coeficienţilor de cerere- limite/recomandări de aplicare- categorii de receptoare cu caracteristici de funcţionare similare- corecţia Ca=f(nech); nech=2·n0,5

- repetare calcul pentru fiecare element de reţea - coloane-tablouri

Sarcina electrică reprezintă puterea electrică (activă sau reactivă) debitată sau absorbită de un sistem tehnic. Predeterminarea sarcinii electrice este prima şi cea mai importantă etapă de proiectare a oricărui sistem de alimentare; de corectitudinea evaluării sale depind toţi indicatorii principali ai sistemului, ca: investiţiile şi cheltuielile de exploatare, funcţionarea corectă în timp a sistemului.

Graficele de sarcină sunt curbele care indică variaţia în timp a sarcinii absorbite de un receptor sau grup de receptoare. În figura 3.1-2 este reprezentat graficul de sarcină pentru un consumator pentru un interval de 24 ore. În abscisa graficului sunt trecute cele 24 ore ale zilei, iar în ordonată - procentele din puterea maximă absorbită de consumatorul respectiv.

Figura 3.1-2 Graficul de sarcină pentru un consumator pe 24 ore

Puterea (activă) medie pe un interval de timp se determină ca raport dintre energia activă absorbită în acel interval şi mărimea intervalului de timp

PE E

t

P t dt

t

P t

tmed

at a

t

kt

t

0 0

( ) ( )

.

În diagrama din figură, puterea medie pe intervalul de 24 ore este de 73% din puterea maximă.

1-3

Sarcina maximă este cea mai mare sarcină medie care poate să apară într-un interval de timp specificat; după mărimea acestuia se distinge

- sarcina maximă de durată, determinată pe 15, 30 sau 60 minute;- sarcina maximă de vârf (de scurtă durată), care poate dura 1 - 10 secunde;- sarcina de calcul (puterea cerută).Puterea electrică absorbită care se ia în considerare în calculele de dimensionare a

elementelor reţelei electrice se numeşte putere cerută şi reprezintă puterea activă convenţională de valoare constantă care produce în aceste elemente acelaşi efect termic ca şi puterea reală, variabilă în timp. Este valoarea maximă a puterii medii determinată pentru un interval de timp specific, numit “de cerere” Tc=3To; constanta de timp a încălzirii conductorului To este caracteristică fiecărui tip de conductă electrică din reţea, în punctul considerat (pentru cabluri de joasă tensiune pozate în pământ Tc = 1 h pentru secţiunea de 35 ... 70 mm2, Tc = 1,5 h , pentru secţiunea de 95 ...120 mm2, Tc = 2 h pentru secţiunea de 150 ... 185 mm2; pentru cablurile pozate în aer, valorile timpilor de cerere sunt respectiv de 1,5/2/2,5 h). Puterea cerută se determină astfel încât solicitarea termică (şi mecanică) la care este supusă instalaţia să nu atingă valori periculoase şi să conducă la o dimensionare economică. Puterea cerută este, de regulă, mai mică decât puterea maximă (fiind o medie pe un interval de timp mai mare).

Determinarea puterii cerute se face la instala ţ iile existente pe baza graficelor de sarcină, prin citirea contoarelor de energie (activă şi reactivă) la începutul şi sfârşitul intervalelor de timp considerate (0 t) Ea0 şi Eat, iar la instala ţ iile ce se proiecteaz ă - prin metode de calcul specifice, cum este metoda coeficienţilor de cerere (aplicabilă pentru consumatori cu un număr mare de receptoare diferite) şi metoda analizei directe (aplicabilă pentru consumatori la care ponderea receptoarelor de lumină este majoritară şi funcţionarea receptoarelor de forţă este cunoscută sub aspectul simultaneităţii acestora).

Puterea instalată a unui consumator este puterea egală cu suma puterilor nominale ale receptoarelor fixe sau mobile ale consumatorului.

Puterea absorbită (de calcul, cerută) a unui consumator este o mărime convenţională de calcul proporţională cu puterea instalată a acestuia; factorul de proporţionalitate se numeşte coeficient de cerere CC .

Pc=Cc·Pi.Valorile coeficientului de cerere sunt în descreştere de la receptor - Cc=1 - spre sursă

(punctul de delimitare) - Cc=0,2 - 0,5 - vezi şi figura 3.1-3.

Figura 3.1-3 Variaţia coeficientului de cerere în lungul reţelei de distribuţie, în scădere de la receptoare spre punctul de delimitare

1-4

Metoda coeficienţilor de cerere…..…..…..

Metoda analizei directeÎn cazul metodei analizei directe, este definit prin relaţia

CC C

cs i

m r

,

în care Cs este coeficientul de simultaneitate egal cu raportul dintre suma puterilor nominale ale receptoarelor care funcţionează simultan şi suma puterilor nominale ale tuturor receptoarelor alimentate

CP

P

P

Ps

sk

s

ki

n

1

1

;

Cî - coeficientul de încărcare (de utilizare), egal cu raportul între suma puterilor reale de încărcare şi suma puterilor nominale ale receptoarelor care funcţionează simultan - se adoptă în limitele 0,97 ... 0,99;

m - randament mediu al receptoarelor, determinat cu relaţia de echivalenţă a puterilor electrice active absorbite din reţea de receptoarele ce funcţionează simultan

P Ps

m

k

k

s

1 ,

m

P

P

k

k

s

k

s

1

1

;

r - randament mediu al reţelei între punctul de racord şi cel în care se calculează puterea cerută - se adoptă în limitele 0,98 ... 1,00.

Pentru receptoarele de lumină şi cele ale consumatorilor casnici,Cc Cs;

pentru consumatorii casnici, valorile acestuia sunt date în tabelul 3.1 (conform PE 155/92).

Tabelul 3.1a. Coeficienţii de simultaneitate pentru consumatorii casnici

Numărul de apartamente alimentate din aceeaşi

coloană

Coeficienţii desimultaneitate

1, 2, 3 0,904, 5, 6 0,837, 8, 9 0,72

10 0,6611, 12 0,62

13, 14, 15 0,5516 0,52

17, 18 0,5019 0,4820 0,46

b. Puterile instalate în locuinţe, în kW/apartamentNumărul de camere dintr-un

apartamentPuterea instalată

kW1 + dependinţe 5

2 ... 6 + dependinţe 67 + dependinţe 9

Notă: În valorile menţionate nu sunt cuprinse echipamentele pentru încălzirea spaţiului şi/sau gătit electric

1-5

Factor de putere mediu (cerut)- definiţie- putere activă/reactivă/aparentă cerută- determinarea factorului de putere pe grupe de receptoare- corecţia factorului de putere în aplicarea metodei coeficienţilor de cere- valoare medie - echivalenţă a puterilor aparente absorbite - metodă general-valabilă

Puterea reactivă se calculează pe baza puterii active cu relaţia cunoscutăQ = P · tg ,

în care este unghiul de defazaj între tensiune şi curent pe calea de alimentare în punctul de calcul considerat (tg = 1-cos2 / cos ).

Puterile cerute activă şi reactivă se calculează separat pentru diferitele categorii de receptoare - de forţă - PcF şi de lumină - PcL. Puterile totale cerute pe consumator şi factorul de putere cerut (mediu) vor fi:

PcT=PcF+PcL; QcT=QcF+QcL

cosc=PcT / P2cT + Q2

cT .Factorul de putere cerut (mediu) al grupei de receptoare (motoare electrice) se

determină pe baza echivalenţei puterilor aparente absorbiteP

P

k

k

s

c

k

k k

s

1

1

cos cos

,

cos

cos

c

k

k

s

k

k k

s

P

P

1

1

.

1-6

..…..…..